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增压直喷汽油机整机传热数值方法改进研究
| 论文题名： | 增压直喷汽油机整机传热数值方法改进研究 |
| 关键词： | 乘用车;增压直喷汽油机;热管理;活塞传热;沸腾换热 |
| 摘要： | 在油耗和排放法规要求日益严苛的背景下，发动机开发朝着小型化、增压直喷化、高热效率的方向发展。发动机的功率密度提升带来热负荷的增加，原有的用于自然吸气发动机的数值传热方法不再适用。迫切需要对原有的计算方法进行改进研究，提高计算精度，满足企业开发需求。 本文基于某1.5TD(增压直喷)乘用车用汽油机，先采用试验研究手段对活塞及发动机本体采用硬度塞和热电偶进行测量，测试结果为后续的发动机传热数值模拟研究提供边界和标定依据。 再基于原有的计算方法，应用StarCCM+软件顺序耦合燃烧室和集成排气歧管壁面的燃气边界，对汽油机的温度场进行流固耦合分析。通过与试验结果对比，发现温度计算最大相对偏差为13.6%，散热量相对偏差为10%，计算精度不满足工程应用需求。 因此，在后续的计算中，为了适应增压直喷汽油机的特点，对计算方法进行改进，在原有方法的基础上，进一步考虑活塞与缸筒传热以及沸腾换热的影响。 为了准确获取活塞-缸筒传热边界，建立活塞传热模型，应用VOF(Volume of Fraction)两相流建立PCJ（Piston Cooling Jet）的瞬态冷却模型，耦合PCJ冷却边界，再基于活塞温度场试验数据进行标定，获取活塞与缸筒的传热量。应用Matlab工具将活塞传热边界与燃烧边界进行叠加，综合考虑活塞-缸筒传热的影响。 在沸腾模型加载方面，基于应用软件上的UserFuction功能自定义沸腾相关公式，自定义的沸腾模型包含4个子模型：Hsu模型、Chen模型、Dry-spot模型、Buiamp;Dhir模型。将总的沸腾换热量施加在流固交界面上，从而考虑沸腾对温度场的影响。 本文通过对原有的数值传热方法进行改进，使得温度的计算最大相对偏差从原方法的13.6%改善为5.7%；散热量计算相对偏差从原方法的10%改善为6.1%。计算精度有了非常明显的提高，满足工程应用需要。 |
| 作者： | 陈柄林 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 俞小莉;黄华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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