冷卻水腔內(nèi)沸騰傳熱與缸蓋工作狀態(tài)仿真.pdf

1、對(duì)冷卻水腔內(nèi)傳熱的研究是進(jìn)行缸蓋熱疲勞可靠性分析的前提，沸騰傳熱是缸蓋冷卻水腔中一種重要的換熱方式，研究沸騰傳熱因素對(duì)冷卻系統(tǒng)流動(dòng)、傳熱以及缸蓋工作性能的影響，可以更加精確地預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)缸蓋冷卻水腔的結(jié)構(gòu)。本文提出了一種單相流沸騰傳熱模型，并介紹了模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法。然后以車用道依茨22613型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔—缸蓋系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和缸蓋的計(jì)算模型，利用CFD分別計(jì)算了水腔內(nèi)冷卻水在考慮與不考慮沸騰因素兩種情況下的

2、流動(dòng)和傳熱情況并對(duì)之進(jìn)行了比較和分析。并利用熱力過(guò)程仿真的方法，確定了缸蓋火力面、進(jìn)氣道以及排氣道周圍壁面的第三類熱邊界條件，從而得出缸蓋的溫度場(chǎng)情況。進(jìn)行了缸蓋的熱一機(jī)械耦合應(yīng)力分析，對(duì)缸蓋的結(jié)構(gòu)提出更改。同時(shí)對(duì)缸蓋水腔測(cè)溫實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了介紹。 本文所做的主要工作可概括為以下幾個(gè)部分： 1)在Chen模型的基礎(chǔ)上，提出了一種單相流沸騰模型，并通過(guò)引入空泡份額的概念，將整個(gè)水腔內(nèi)氣液共存的流體看作一個(gè)假定的特殊單相流場(chǎng)，模

3、型假設(shè)氣泡很小并均勻地混合在液相之中，因此對(duì)于整個(gè)混合流場(chǎng)可以采用單相流方程進(jìn)行求解。對(duì)該模型進(jìn)行了數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)和描述并介紹了模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法。 2)對(duì)冷卻水腔分別進(jìn)行了考慮與未考慮沸騰時(shí)CFD分析，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)了沸騰因素對(duì)冷卻系統(tǒng)流動(dòng)和傳熱的影響：沸騰對(duì)冷卻系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)和壓力的分布幾乎沒(méi)有影響，但對(duì)缸蓋水腔傳熱的影響作用較大，不可忽略。 3)利用熱力學(xué)仿真確定了缸蓋的熱邊界，并考查了材料和沸騰傳熱兩種因素對(duì)缸蓋溫度場(chǎng)的

4、影響作用：采用導(dǎo)熱性能更好的材料可以使缸蓋火力板的溫度分布更為均勻并能減少火力板上下之間的溫差；沸騰可以使缸蓋火力板的整體溫度都有所下降。 4)對(duì)缸蓋進(jìn)行了更改材料計(jì)算(由HT300更改為HT280)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出了缸蓋結(jié)構(gòu)更改措施。分析了沸騰傳熱對(duì)缸蓋熱應(yīng)力和熱疲勞的影響：沸騰傳熱可以降低缸蓋火力板鼻梁區(qū)的熱應(yīng)力；同時(shí)利用局部的沸騰傳熱可以使缸蓋火力板維持在一個(gè)較低溫度的工作環(huán)境中，增強(qiáng)了相關(guān)零部件材料的抗熱疲勞性能，改善