基于沸腾模型的汽油机缸盖温度场仿真

为提高缸盖温度场的仿真预测精度,合理运用沸腾换热的高效换热能力,利用矩形通道内沸腾传热试验台架研究了铸铝加热块、50%乙二醇水溶液在不同流速、入口温度和系统压力下的沸腾换热特性,并对现有渐进模型进行修正,建立适用于发动机缸盖材料及冷却液的沸腾传热模型。将修正后的沸腾传热模型嵌入STAR-CCM+软件进行仿真验证,结果表明,仿真所得壁面热流密度与试验结果的误差均小于5%。利用该模型建立缸体缸盖固体导热及冷却水腔沸腾换热耦合传热系统,仿真和试验结果表明:沸腾传热可有效提高缸盖与冷却液间的传热效率,该沸腾传热模型能更准确地预测缸盖温度分布。     

基于流固耦合模型的柴油机冷却系统优化设计

采用CFD方法,建立了由机体和缸盖中的水套组成的柴油机冷却系统的流固耦合传热仿真模型,进行了流体与固体之间的共轭传热仿真.结果表明,机体水套内的流动分布较好,基本满足换热要求;但缸盖水套内的流动分布较差,鼻梁区流速不足0.5m/s,造成缸盖火力面温度偏高.通过增加鼻梁区侧向水道、改进进水口结构等措施,使鼻梁区流速提高到1m/s以上,改善了缸盖的换热状况.     

发动机缸盖凹面结构对过冷沸腾影响的可视化实验研究

建立了一套可视化的快拆传热试验装置,对发动机缸盖高温鼻梁区几种凹面结构的过冷沸腾现象进行了传热试验和激光多普勒测速(LDV)流场测试。LDV流场测试的结果显示,过冷沸腾对壁面附近的主流方向(U向)的速度有一定的阻碍作用,对垂直加热壁面方向(V向)的速度有较大的强化作用,在低流速、高热通量下,沸腾可使壁面处的V向速度提高一个数量级。随着凹面半径的减小,U向速度有小幅度提高,V向速度脉动强度减弱,在一定程度上抑制了沸腾的发生;过冷沸腾传热总量提高,对流传热系数增大,提高了强制对流传热量。Chen模型和BDL模型对平面结构的预测结果较好,总体平均误差能控制在20%以内,BDL模型在某些工况下甚至可以将误差控制在10%左右。但两模型未考虑凹面结构的影响,故沸腾曲线总体呈低估趋势,平均误差在30%以上,尤其对低壁面过热度下的预测精度更差,某些工况的预测误差甚至接近200%。表明目前过冷沸腾传热模型应予修正。     

柴油机缸体—缸套—缸盖—冷却水整体耦合传热仿真研究

采用CFX软件,对由缸体—缸套—缸盖—冷却水组成的系统进行耦合传热分析研究,探索了柴油机整机模拟技术的难点和重点。对耦合系统在标定工况下进行计算,得出了柴油机缸盖、缸套的温度场以及冷却水的流场,提出了冷却水道的改进措施。     

柴油机缸盖水套冷却流场的LDV试验研究

采用激光多普勒测速仪(LDV)对某柴油机缸盖水套内的流场分布状况进行了测量,测试结果与CFD计算结果具有较好的一致性。LDV测试和CFD仿真结果表明,在该缸盖水套两排气门之间的鼻梁区具有较好的流动分布,最大流速在1m/s以上;而在两对进、排气门之间的鼻梁区冷却液流速较低,最大流速仍低于0.5m/s,不利于该区域的换热。因此,需要对该款缸盖水套进行结构优化设计,以提高缸盖水套的整体换热效率。     

模拟柴油机缸盖水道沸腾传热的实验研究

采用2种装甲车辆常用冷却液(纯水和-35号冷却液),进行模拟柴油机缸盖水套的铸铝水道过冷沸腾传热实验。根据柴油机缸盖内冷却液的工作情况和实验装置的可控条件,对上述2种冷却液分别进行了冷却液不同主流流速(0.4~3m/s)、不同主流温度(75~95℃)和不同系统压力(0.1~0.25MPa)等工况实验。结果表明,不同流体主流流速与温度和系统压力对过冷度有一定的影响,进而对沸腾换热产生显著的影响。降低流速、提高流体主流温度和降低系统压力,均有助于强化沸腾换热效果。与纯水相比,-35号冷却液能较好地适应车辆冬季使用要求,但其饱和温度相对较高,较难出现沸腾换热现象,降低了换热的效果。     

缸盖高热密度区纳米流雾化冲击冷却的研究

为进一步提升柴油机缸盖鼻梁区散热能力且解决多孔射流冲击下的干涉问题,提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却方案,利用计算机仿真计算、高速摄影和柴油机台架综合测试研究了不同冷却方案对缸盖高热密度区换热效果和柴油机工作性能的影响。结果表明,采用雾化冲击冷却方式,因其冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,传热效率高,故能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度比较均匀,温差小于6℃;该冷却方式还可增大柴油机的进气质量流量,在两种测试工况下,比传统冷却方式分别增加4%和8%。同时使NOx和烟度排放分别下降10×10-6和11%~15%。     

4缸发动机缸盖结构优化的研究

利用Pro/E软件建立4缸发动机缸盖的三维模型,并运用Abaqus软件对其进行自由振动模态分析。对缸盖固有模态频率和振型进行测试,将有限元计算结果和试验结果进行对比分析表明,两者所得缸盖的固有频率数据吻合性较好,误差小于3%,证明仿真结果可信。对缸盖进行综合研究得出其最佳优化方案,通过优化结果可知,缸盖第1阶模态频率从1 223 Hz提高至1 386 Hz,提高了13.3%,且其它阶模态频率也有明显改善。     

车用柴油机缸盖冷却水腔的CFD分析

对WD615普及型欧Ⅲ排放柴油机的冷却水腔进行了CFD模拟,对冷却水腔的整体流动均匀性和整机压力损失进行了分析评估,并对缸盖火力面、喷油器安装孔和排气道周围冷却水腔的冷却液流速和换热系数进行了详细分析。模拟计算结果表明,冷却水腔的流动均匀性和压力损失可以满足欧Ⅲ排放柴油机使用要求;流经火力面和排气道周围水腔的冷却液流量分配合理;缸盖火力面、喷油器安装孔和排气道周围水腔冷却良好。     

新型横流式缸盖冷却水套的设计与优化

发动机气缸盖(简称"缸盖")的水套结构设计是否合理对冷却液在缸盖内的流动速度、热交换效率和压力降的大小起着决定性的作用,并直接影响到缸盖在发动机运行过程中的工作稳定性。文章重点研究一种新型横流式缸盖冷却水套的设计,并通过CFD计算分析对水套的结构及冷却性能进行优化与改进。     

柴油机后处理系统一维数值模拟

以准稳态流动的压力损失方程与传热方程为计算依据,将过滤体看成是一维单通道流动管道的集合,建立了DPF一维流动模型,模拟过滤体;以BJ493ZQ3发动机为试验用发动机,建立发动机模型,将DPF模型连接在发动机排气管尾端,集合为系统整体模型,模拟系统排气阻力。计算与试验结果都表明,固定转速,低负荷时,系统排气阻力与负荷近似呈线性关系,高负荷时,二者近似呈二次曲线关系。计算给出了柴油机加装壁流式碳化硅DPF在实际不同运行条件下的排气背压MAP图,用来标定控制器,同时为DPF的再生控制策略提供了依据。     

电机控制器串联式水道仿真及优化

为解决电机控制器串联式水道冷却效率低且IGBT模块结温不均匀的问题,本文创新性地提出了一种结构优化改进方案。针对一款大功率液冷电机控制器,对其冷却水道进行有限元建模,并利用CFD软件仿真水道的散热性能,对比分析不同方案的优劣,以提出合理化改进建议。     

排气早开角对低散热Atkinson循环汽油机能量分配的影响

基于GT-Power软件建立某增压汽油机仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。优化原模型配气机构,设计包角更大的进气凸轮以实现Atkinson循环,设计多组排气凸轮以得到20°~80°范围内的多个排气早开角(θ_(EVO)),改变传热模型实现缸内的低散热条件,模拟分析了1 500 r/min,40%负荷时,θ_(EVO)对低散热前后Atkinson循环增压汽油机能量分配的影响。结果表明:常规散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为60°~70°范围内时较佳,而低散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为50°~60°范围内时较佳;降低传热系数后,该汽油机散热损失的能量大幅减少,由此减少的能量在不同θ_(EVO)下转化为指示功的比例不同,θ_(EVO)为55°时转化比例为17.4%,此时指示热效率与原机相比提高了6.58%;而常规散热条件下Atkinson循环增压汽油机的指示热效率只比原机高3.79%,说明结合低散热技术能进一步增强Atkinson循环的节能效果。     

Modeling on atomization and vaporization process in flash boiling spray

This paper presents the model analysis on atomization and vaporization processes in a flash boiling spray based on experimental results obtained from an injection system in the suction manifold of a gasoline engine. Two kinds of liquid fuel, n-Pentane and n-Hexane, are injected into quiescent gaseous atmosphere at room-temperature with low pressure through a pintle type injector. Fuel spray is observed, by taking photographs, with variation of the ambient back pressure. Then, in the flash boiling spray region where the back pressure was below the saturated vapor pressure of fuel, the bubble nucleation process due to flash boiling was modeled by both experimental results and the nucleation rate equation as a parameter of the pressure difference between back pressure and vapor pressure. Further, the fuel vaporization process was assessed by considering growth calculation of cavitation bubbles and fuel evaporation from the film surface due to heat transfer at the gas-liquid interface. Accordingly, we could estimate quantitatively the transient changes in the bubble growth and the vapor mass fraction inside the spray for each back pressure condition.     

电动汽车电池冷板微小通道结构优化研究

为对车用电池微小通道冷板结构进行优化,探究冷板流道中流场和温度场的相互作用机理,本文中首先采用正交试验得到了冷板整体的最优布局。使用面向中心的中心复合设计响应面法(FCCCD)研究发现,当波纹通道振幅为1 mm、周期数为4时,波纹通道的综合热力水力性能达到最大,相对平直通道的增幅为17.4%。CFD分析表明,场协同角和通道努塞尔数一致的变化规律证明了场协同理论可以用于解释微小通道内的强化换热。波纹通道曲率的存在导致的流道内的对流混乱大大增强了流体的混合,并破坏了剪切层。该剪切层在流道内分离了主体流和再循环流,因而导致了传热的增强。     

泵闸流道混凝土结构温度场三维仿真分析及温控措施优化

为解决泵闸流道异形混凝土结构容易产生温度裂缝的问题,基于航塘港南延伸整治工程的实践,依据热传导理论,建立泵闸流道混凝土结构温度场计算模型并进行三维仿真分析。针对计算成果,制定了调整冷却通水管路、调整通水参数、改进混凝土特性和施工条件以及设置后浇带的温控优化措施。对比温度场模型的计算反馈值与实测值,并检查现场混凝土实体质量,结果表明,温度场模型仿真算法可靠、温控优化措施有效,因此认为该模型可成熟地运用于后续工程施工过程。     

基于强耦合理论的柴油机稳态传热计算

为了解决柴油机冷却水与机体组件之间的流动与传热问题,将强耦合理论应用于柴油机的稳态传热计算。建立了柴油机机体—缸盖—缸套—缸垫—冷却水腔的流—固耦合模型,通过内燃机工作过程仿真确定燃气侧的传热边界条件,进行了数值模拟。最终得到了冷却水腔内速度、压力、传热系数以及主要受热零部件的温度分布情况。     

盾构隧道开挖引起地表固结沉降的数值模拟

ANSYS12.0中的Cpt215单元在Solid45单元的基础上,加入了节点水压自由度,使得土体渗透问题可以脱离传统的热量传递问题直接进行数值模拟。Biot从连续介质的基本方程出发,推导出了能准确反映孔隙水压力消散与土体骨架变形相互关系的三维固结方程。基于Biot三维固结理论,利用ANSYS12.0的CPT215单元,对盾构隧道开挖引起的超孔隙水压力的消散过程进行数值模拟,并研究由于超孔隙水压力消散引起的地表固结沉降。基于上海地铁2号线的开挖,将数值模拟的结果与实际监测到的规律进行比较(包括超孔隙水压力的消散过程和地表固结沉降历程),对超孔隙水压力区域数值、消散过程、地表固结沉降历程等进行分析。     

基于流固耦合模型的负压式EGR阀传热研究

采用CFD方法,建立了由阀体和阀体内的流体组成的负压式EGR阀的流固耦合传热仿真模型,进行了流体与固体之间的共轭传热仿真。仿真及试验结果表明,在上阀体设计冷却水道,有助于改善阀体的换热状况,能很好地满足安装在上阀体的密封环以及其他附件工作温度要求。     

冷热冲击工况下发动机冷却水套传热分析

通过模拟整车在上下坡过程中发动机工作状况,建立了冷却水套非稳态工作环境,利用CFX流体分析软件对非稳态工况下的冷却水套流动传热状况进行仿真分析,得到了冷却液流场和温度场,通过流固耦合分析得出了发动机缸体缸盖热负荷的分布情况。对发动机进行了实际的变工况试验验证,证明了仿真分析的正确性,验证了冷热冲击试验可以为冷却水套换热分析提供准确的工况环境。