柴油機缸內(nèi)工作過程傳熱模型的研究.pdf

1、柴油機缸內(nèi)傳熱過程對整機動力性、經(jīng)濟性和排放性能影響較大，并且是進行缸內(nèi)工作過程仿真和零部件熱負(fù)荷計算的必要環(huán)節(jié)。從20世紀(jì)20年代起，陸續(xù)有Nusselt、Eichelberg、Woschni和Hohenberg等研究者利用燃燒彈或者內(nèi)燃機缸內(nèi)傳熱試驗數(shù)據(jù)和熱平衡試驗數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)了一系列經(jīng)驗、半經(jīng)驗的試驗關(guān)聯(lián)式，甚至某些關(guān)聯(lián)式還在很長一段時間內(nèi)占據(jù)缸內(nèi)傳熱模型的主要地位，應(yīng)用范圍較廣泛。
　　 但是隨著個人計算機水平和數(shù)值計

2、算的發(fā)展，柴油機缸內(nèi)多維數(shù)值計算成為可能，一些通用和專用的CFD軟件開始轉(zhuǎn)向缸內(nèi)工作過程仿真。二維或三維的缸內(nèi)多維數(shù)值計算結(jié)果能夠提供缸內(nèi)速度場、溫度場和壓力場等信息的空間分布特性和時間分布特性，這些是傳統(tǒng)的缸內(nèi)工作過程仿真所不能提供的。為了平衡計算時間和計算資源，這些CFD軟件通常利用壁面函數(shù)計算缸內(nèi)傳熱過程。由于推導(dǎo)壁面函數(shù)的前提條件在缸內(nèi)這種噴油、燃燒和活塞運動的環(huán)境中很難全部成立，導(dǎo)致壁面函數(shù)預(yù)測的計算值與試驗值偏差較大。

3、>　　 本文利用缸內(nèi)多維數(shù)值模擬軟件Converge，結(jié)合某單缸柴油機缸蓋底面某些測點的缸內(nèi)傳熱試驗數(shù)據(jù)，對應(yīng)用較廣泛的傳統(tǒng)的Woschni半經(jīng)驗試驗關(guān)聯(lián)式進行改進，將其從空間零維推廣至空間三維，與傳統(tǒng)的壁面函數(shù)法相比，該方法與試驗值符合更好。具體來說，本文主要結(jié)論如下:
　　 (1)偏心的活塞凹坑僅僅在燃燒上止點附近時，才對缸蓋底面附近流體壓力場、溫度場、速度場和湍動能場產(chǎn)生較大影響。其他時刻，各場參數(shù)分布云圖基本仍以氣缸軸

4、線為中心。
　　 (2)與該單缸柴油機缸蓋底面測點的熱流密度試驗數(shù)據(jù)相比，Han-Reitz溫度壁面函數(shù)計算的熱流密度都偏大，而改進的Woschni模型則較好地預(yù)測了壁面熱流密度峰值和峰值相位。
　　 (3)缸蓋底面、活塞頂面和缸套內(nèi)壁的對流換熱系數(shù)時間上呈先增加后減小的趨勢，在燃燒上止點后10° CA-20° CA達(dá)到最大值;空間上缸蓋底面、活塞頂面整體呈以活塞凹坑為中心，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域低，中間環(huán)形區(qū)域高的分布特點

5、。缸套由于其不同時刻與高溫燃?xì)饨佑|的面積不同，對流換熱系數(shù)軸向呈上高下低的趨勢;周向分布不均勻，可能與活塞凹坑偏心有關(guān)。
　　 (4)柴油機缸內(nèi)全局傳熱特性分析對了解柴油機宏觀特性是很有幫助的。缸蓋底面和活塞頂面對流換熱系數(shù)時均值云圖分布規(guī)律基本相同，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)α鲹Q熱系數(shù)較低，中間環(huán)形區(qū)域形成高值區(qū)。該單缸柴油機缸蓋底面的對流換熱系數(shù)最大，活塞頂面次之，缸套最小。全局對流換熱系數(shù)介于缸蓋底面和活塞頂面之間。原Wosch