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冷却水腔内沸腾传热与缸盖工作状态仿真
| 论文题名： | 冷却水腔内沸腾传热与缸盖工作状态仿真 |
| 关键词： | 冷却水腔;沸腾传热;缸盖工作;热力学仿真;单相流沸腾模型 |
| 摘要： | 对冷却水腔内传热的研究是进行缸盖热疲劳可靠性分析的前提，沸腾传热是缸盖冷却水腔中一种重要的换热方式，研究沸腾传热因素对冷却系统流动、传热以及缸盖工作性能的影响，可以更加精确地预测、评价和设计缸盖冷却水腔的结构。本文提出了一种单相流沸腾传热模型，并介绍了模型的数值实现方法。然后以车用道依茨22613型发动机冷却水腔—缸盖系统为研究对象，建立了发动机冷却系统和缸盖的计算模型，利用CFD分别计算了水腔内冷却水在考虑与不考虑沸腾因素两种情况下的流动和传热情况并对之进行了比较和分析。并利用热力过程仿真的方法，确定了缸盖火力面、进气道以及排气道周围壁面的第三类热边界条件，从而得出缸盖的温度场情况。进行了缸盖的热一机械耦合应力分析，对缸盖的结构提出更改。同时对缸盖水腔测温实验台进行了介绍。 本文所做的主要工作可概括为以下几个部分： 1)在Chen模型的基础上，提出了一种单相流沸腾模型，并通过引入空泡份额的概念，将整个水腔内气液共存的流体看作一个假定的特殊单相流场，模型假设气泡很小并均匀地混合在液相之中，因此对于整个混合流场可以采用单相流方程进行求解。对该模型进行了数学上的推导和描述并介绍了模型的数值实现方法。 2)对冷却水腔分别进行了考虑与未考虑沸腾时CFD分析，通过比较发现了沸腾因素对冷却系统流动和传热的影响：沸腾对冷却系统内流动和压力的分布几乎没有影响，但对缸盖水腔传热的影响作用较大，不可忽略。 3)利用热力学仿真确定了缸盖的热边界，并考查了材料和沸腾传热两种因素对缸盖温度场的影响作用：采用导热性能更好的材料可以使缸盖火力板的温度分布更为均匀并能减少火力板上下之间的温差；沸腾可以使缸盖火力板的整体温度都有所下降。 4)对缸盖进行了更改材料计算(由HT300更改为HT280)，根据计算结果提出了缸盖结构更改措施。分析了沸腾传热对缸盖热应力和热疲劳的影响：沸腾传热可以降低缸盖火力板鼻梁区的热应力；同时利用局部的沸腾传热可以使缸盖火力板维持在一个较低温度的工作环境中，增强了相关零部件材料的抗热疲劳性能，改善了缸盖的热低周疲劳情况。 |
| 作者： | 刘永 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 李国祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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