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船用柴油机活塞振荡冷却油腔换热机制研究
| 论文题名： | 船用柴油机活塞振荡冷却油腔换热机制研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;活塞振荡冷却;共轭传热;换热机制 |
| 摘要： | 随着柴油机功率密度逐步提升，活塞热负荷不断增加，船舶柴油机活塞常采用振荡强化传热方式。本文采用试验和模拟相结合的方法，针对振荡冷却的换热机制进行深入研究。主要研究内容如下： 根据某型船舶柴油机的具体结构，搭建活塞热流分析试验台架，以热流密度为指标评估各特征结构处的换热能力，研究发现，越靠近进油口，振荡小腔的换热能力越强；对于靠近进油口的振荡小腔，联接斜油道会降低其换热能力，对于远离进油口的振荡小腔，联接斜油道能增强其换热能力。 为深化研究活塞振荡冷却传热过程，进行共轭传热数值模拟，经与试验数据标定，模拟误差小于5%，可精准预测活塞温度场。结合分析换热系数峰值和冷却腔内机油流动特征，将振荡冷却归纳为三种换热模式。流动换热模式下，机油矢量与油腔流通表面基本平行；振荡换热模式下，机油矢量在油腔顶部形成漩涡形状；射流冲刷换热模式下，机油矢量与油腔顶壁面基本垂直。 通过数值模拟研究不同转速、不同进油压力对换热模式的影响规律。在进油压力0.07 bar下，100~300 r/min主要为流动换热模式；500~700 r/min体现出起振状态，主要为流动换热模式与射流冲刷换热模式；900~1700 r/min主要为振荡换热方式与射流冲刷换热模式。在转速1066 r/min下，0.025~0.07 bar主要为振荡换热模式，0.16~0.3 bar主要为振荡换热与射流冲刷换热模式，0.5~4 bar主要为射流冲刷换热换热模式。 最后，基于特征结构的换热机制进行冷却油腔的结构优化，通过改进斜油道的管径与位置合理分配机油流量，提升了冷却油腔的换热能力。 |
| 作者： | 张驰 |
| 专业： | 能源动力 |
| 导师： | 王兆文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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