柴油机缸内冷却液流动数值模拟研究

论文题目: 柴油机缸内冷却液流动数值模拟研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 内燃机

作者: 赵大文

导师: 刘卫国

关键词: 冷却水套,冷却液流动,数值模拟,计算流体力学,湍流模型

文献来源: 大连理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 内燃机水套冷却液的流动直接影响内燃机冷却效果、高温零部件的热负荷、内燃机的热量分配和能量利用,冷却液的温度还对排放有较显著的影响。随着内燃机增压等不同强化手段的利用,有效的改善内燃机的冷却循环系统已成为内燃机设计制造的重要内容。由于冷却水套结构的复杂性,目前的实验研究仅限于宏观温度和流量的对比和分析。难以进行水套冷却液流动状态的实际考察。因此,内燃机水套冷却液流动数值模拟便逐渐成为目前研究内燃机水套冷却液流动、设计和优化水套结构的重要手段。 本文综述了目前缸体冷却水套数值模拟的现状,分析发现,目前水套的传热模拟结果误差较大,远不能满足工程需要,需进一步深入研究探讨。通过对近年来CFD数值模拟中湍流计算模型的最近发展和应用的讨论和分析,指出了V2F湍流模式作为一种新颖而有效的湍流模式更适合于内燃机冷却液的流动计算。分析了6110型柴油机水套特点,考虑网格划分的要求,经过适度处理,应用Pro/Engineer建立了缸体水套的实体模型,并将机油冷却器水腔纳入该模型,同时,为考察缸盖出水口位置对缸内冷却液流动的影响,加入了缸盖水套的简化水腔部分。考察了网格生成的各种技术,应用Pro-am建立了带贴壁网格的并经过局部细化的高质量流体计算网格;对水套冷却液流动数值模拟中较难确定的换热边界以及其它一些参数给予了详细的分析讨论和确定。详细分析了速度场、传热系数等主要流场参数,发现在排气侧第三缸出现了流动死区等缺陷,并分析了其形成原因。提出了改进意见并对个别改进方案进行了数值模拟。 分析了影响数值模拟精度的几种原因,最主要的原因是通常的模拟技术中难于对水套近壁区进行准确模拟。V2F湍流模式能准确的预测近壁区的流动,更适合于模拟缸体水套内的复杂流动和传热模拟。本文首次使用了V2F湍流模式对缸体水套的流动进行了模拟,与通常使用的k-ε模式进行了计算结果的比较。 本文得到了有效的模拟结果,并为内燃机水套内的复杂流动和传热模拟提供了重要的参考价值。

论文目录:

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 计算流体力学简介

1.3 湍流计算模型概述及其在内燃机领域的应用

1.3.1 湍流模式理论概述

1.3.2 两种目前应用活跃的涡粘性模式(k-ω模式和V2F模式)

1.3.3 大涡模拟及分离涡模拟

1.3.4 湍流计算模型在内燃机工程领域的应用

1.4 本文的主要工作

2 模型建立与网格划分

2.1 柴油机缸体水套模型建立

2.1.1 缸体水套建立应考虑的几点因素

2.1.2 6110型柴油机缸体水套结构特点

2.2 网格划分

2.2.1 网格生成技术

2.2.2 六面体网格生成技术

2.2.3 网格生成软件模块PRO-AM

2.2.4 柴油机缸体网格的划分

3 缸体内冷却液流动的数值计算

3.1 基本守恒方程

3.2 数值求解方法

3.3 初始条件边界条件设定

3.3.1 入口

3.3.2 出口

3.3.3 壁面边界

3.4 计算结果分析

3.4.1 主要计算结果总体分析

3.4.2 速度场分析

3.4.3 温度场分布及换热分析

3.4.4 缸体水套出水孔的流量分布

3.4.5 缸体水套评价

3.4.6 水套设计改进意见

3.4.7 内燃机水套设计参考建议

4 冷却水套数值模拟的探讨

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 论文工作展望

参考文献

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-07-04

参考文献

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