基于STAR-CCM+的冷却水套三维仿真分析

冷却水套是发动机冷却系统的主要散热部件之一,水套结构的合理设计对发动机工作性能有着重要的影响。冷却水套主要由缸头水套、缸垫、缸体水套组成,其中,缸头水套的鼻梁区为高温区域,产生的热量需要高效的冷却才能保证其散热性能。为评估水套结构设计合理性及系统分析水套内冷却液的流动特性,采用CFD分析软件STAR-CCM+对某发动机冷却水套进行了数值模拟研究,提出了一种基于流动路径的冷却水套结构改进方法,通过对冷却液流动路径及速度分布均匀性的数值模拟相关研究,可以有效对现冷却水套冷却液流动不足进行优化改善,明显提升鼻梁区、排气侧区域的冷却,整体改善冷却水套的散热性能。基于流动路径的冷却水套CFD仿真及结构改进方法可为发动机冷却水套的设计及优化提供理论指导。     

发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.     

四缸发动机冷却系统设计及发动机温度场分析

为评估某四缸发动机冷却系统设计的合理性,采用计算流体力学分析方法对该发动机冷却系统的布局设计、系统流量确定、冷却系统流场和发动机温度场开展了研究。针对缸体水套冷却液流速差异较大的问题,提出了在缸体水套添加节流缺口的优化方案。结果表明：各缸缸体水套冷却液流速均匀性明显改善,各缸套壁面温度可降低1～3℃。发动机转速12 000 r/min时,热平衡测试结果显示缸温最大差异约为4℃。机油温度约为129℃,温度可控(小于140℃),表明该四缸发动机冷却系统设计合理,可保证四缸发动机各缸冷却均匀及机油的冷却。     

车用甲醇发动机冷却系统的优化设计研究

六缸商用柴油发动机改成M100甲醇发动机,在保证发动机性能一致的前提下,在台架可靠性试验中因冷却系统散热问题出现了活塞环卡滞,活塞销发蓝,缸盖鼻梁区裂纹等故障。通过采用数值模拟方法对冷却系统进行分析,优化设计水套结构,提高缸体缸盖的冷却能力,通过更改气缸垫片水孔优化缸盖各缸水流量分配,增大水泵流量等一系列措施,改善冷却系统。分析结果表明,优化后的水套流速和缸盖散热能力大大改善。最后,通过发动机台架1000h耐久试验验证,解决了甲醇发动机的散热问题。     

车用甲醇发动机冷却系统的优化设计

六缸商用柴油发动机改成M100甲醇发动机,在保证发动机性能一致的前提下,在台架可靠性试验中,因冷却系统散热问题出现了活塞环卡滞、活塞销发蓝、缸盖鼻梁区裂纹等故障,通过采用数值模拟方法对冷却系统进行分析,优化设计水套结构,提高缸体缸盖的冷却能力。通过更改气缸垫片水孔优化缸盖各缸水流量分配,增大水泵流量等一系列措施,改善冷却系统。分析结果表明,优化后的水套流速和缸盖散热能力大大改善。最后,通过发动机台架1 000 h耐久试验验证,解决了甲醇发动机的散热问题。     

油田水套炉的结构优化

油田水套炉是油气生产、输送中的主要耗能设备,国内水套炉整体技术装备水平不高.分析了油田水套炉传热的薄弱环节及其强化措施,在应用三维内肋管强化换热技术的基础上,设计了裙式火筒烟管结构,并对水套炉的结构形式进行了整体优化.设计开发的油田水套炉实现了高效化和小型化,水套炉热效率超过90%,而金属耗量降低到5.17t/MW.     

发动机冷却水套的计算流体力学分析及 结构改进

为评估某发动机冷却水套结构设计的合理性,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)分析方法,采用STAR-CCM+软件对一款双缸发动机冷却水套进行流场数值模拟分析.通过对该冷却水套的速度场及缸孔流量分配进行分析,发现该双缸发动机冷却水套的结构设计存在不足,会造成左缸冷却效果好而右缸冷却效果差的两缸冷却不均匀现象,右缸大部分区域的换热系数低于5 000 W/(m2·K),因此,需要提升冷却水套的冷却性能.基于流动路径及流量分配合理性的综合评估方法提出了冷却水套缸孔布局的改进方案,并对冷却水套改进结构进行了CFD模拟.结果表明:改进后,排气侧、鼻梁区等高温区域的冷却效果得到保证的同时,左缸和右缸的冷却均匀性得到明显的改善,冷却水套壁面平均换热系数的提升非常明显,基于流动路径及流量分配合理性来设计缸孔布局的方法是有效可行的.研究结果可为冷却水套的改进设计提供方法指导和仿真数据支撑     

鱼雷水冲压发动机发展浅析

本文介绍了水冲压发动机的基本原理，论述了非壅塞式和燃气发生器式两种典型的发动机形式和原理，并对水冲压发动机的关键技术进行了探讨，最后本文分析了水冲压发动机的发展优势，水冲压发动机是热动力鱼雷发展的方向之一。     

天然气发动机复合空调系统的实验研究

由改装的天然气发动机直接驱动制冷机、产生冷冻水以承担显热负荷,同时回收发动机余热、再生除湿转轮来承担湿负荷,构成复合空调系统.对除湿设备的性能进行了实验测试.因空调系统的湿负荷由余热承担,显热负荷可使用较高温度的冷冻水.考虑这一情况制订了冷凝侧水温不变的原则对制冷机在不同冷冻水出水温度下的性能进行了测试.同时测量了发动机系统在不同供水温度下可回收的余热总量.     

浅探发动机气缸体的镶套修理

本文从现有汽车发动机气缸的修理方法出发,分析了发动机薄壁气缸体镶套修理的意义,并通过大量实验对切诺基发动机进行薄壁气缸套的镶套修理,摸索出一套薄壁干缸套镶套修理的方法,证明了其方法的可行性和经济性。     

1135柴油机燃用掺水乳化油性能分析

对柴油机燃用掺水乳化油进行了试验分析,提出了在柴油机中使用燃用掺水乳化油是降低油耗,改善了柴油机排放性能有效途径之一,为节约能源、保护环境、在柴油机上推广应用提供了重要的参考.     

低速柴油机变流量冷却时的冷却水温度控制

根据低速柴油机的输出功率采用变冷却水流量的方法,对气缸套进行冷却可有效地控制气缸套内表面的温度,从而改善低速柴油机的工作性能。因此,对缸套冷却水出口温度的控制提出了采用开环控制和闭环控制相互配合的复合控制。计算结果表明,此控制方法有较好的控制效果。     

涡扇发动机装机条件雨天环境使用能力试验验证技术

为系统验证国产小涵道比涡扇发动机雨天环境下使用能力,以装机条件下该型动力装置为研究对象,采用装机条件下发动机吞水试验、模拟雨天滑跑溅水试验以及雨中适应性试飞3项试验研究了该动力装置雨天环境使用能力。经试验发现,发动机在装机吞水条件下发生喘振,在溅水试验和雨中适应性试飞过程中工作正常。试验结果表明,所设计的发动机雨天环境验证技术可以有效识别该型发动机吞水后喘振故障,系统验证发动机雨天环境使用能力。     

民航发动机水洗对延长在翼时间的估算方法研究

介绍了航空发动机性能衰退的原因,重点说明气路性能衰退的机理。目前航空公司已经将发动机水洗作为常用的恢复气路性能的有效措施。从水洗对在翼时间延长角度对水洗的效果进行定量计算,说明水洗能够明显提高EGTM从而延长发动机在翼时间。又以某航空公司CFM56—7B24E型发动机近期的发动机监控平台数据为例,先做异常点剔除,然后做数据平滑处理,最后对EGTM衰退规律做回归分析,估算出水洗延长的在翼循环数,说明水洗效果较为明显,对提高飞行可靠性和经济性有重要意义。     

气体-柴油双燃料发动机动力性分析

针对可燃气体的存在有可能使发动机由于空气不足而使燃料不能充分燃烧，发动机动力性、经济性下降的问题，分析了气体燃料成分及性能参数，推导了气体-柴油双燃料发动机与柴油机相比的动力性变化计算公式．采用了气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生生物制气，由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装了双燃料发动机，生物制气通入发动机进气管，在进气过程中吸入气缸，由柴油引燃．测量了机刨花热解制气双燃料发动机不同引燃柴油量时的发动机动力性，理论分析结果与试验结果吻合较好．分析结果表明，燃气低热值减少，气体-柴油双燃料发动机动力性变差；引燃柴油量减少，气体-柴油双燃料发动机动力性也变差．     

燃气机热泵系统的制冷性能

对燃气发动机驱动的空气．水热泵系统进行了制冷性能的实验研究．在充分回收发动机余热的情况下,在大范围工况下对影响系统性能的几个重要因素即蒸发器进水温度、蒸发器进水流量、燃气发动机转速以及环境温度等进行了实验研究．结果表明：环境温度31．2℃,蒸发器进水温度由12℃升高到23℃时,室内侧制冷量增加20．4％,系统一次能源利用率提高13.2％;另一方面,当发动机转速由1300dmin升高到190Cr／min时,系统一次能源利用率先增加15．2％,而后降低7．5％,在1600r／min出现峰值．最后获得燃气机热泵系统制冷的最优工况．     

柴油机纯氧燃烧过程及缸内喷水影响的模拟研究

针对高压共轨柴油机搭建流体动力学仿真模型,研究不同进气氧体积分数对柴油机纯氧燃烧过程的影响,并验证缸内喷水对热效率的优化能力。结果表明,氧含量的提高增加了缸内比热比,使压缩行程缸内压力及温度提高,并促进缸内燃烧反应,进一步提升缸内湍流强度,燃烧相位提前;在5℃A ATDC(上止点后)向缸内喷入160℃的高温高压水,可实现对缸内燃烧过程的控制,并通过吸收燃烧放热、汽化膨胀,推动活塞做功,可提高热效率约3.75%。     

航空发动机吸雨试验中进气道内水滴粒径变化

为了研究航空发动机吞水试验中,进气道内水滴粒径的变化,通过DPM模型数值仿真的方法,研究了吸雨模拟试验中发动机不同状态下进气道内水滴粒径的变化。计算结果展示了水滴进入进气道后粒径变化和液滴分布,结果表明：发动机不同状态下,不同初始粒径的水滴进入进气道后,液滴的平均体积直径和索太尔平均直径均急剧减小并维持在恒定值;发动机最大状态下,喷水装置以50°锥角喷射,水滴会随气流向进气道中心轴收敛,不同喷嘴喷出的水滴之间存在干涉;慢车状态下,进气道内水滴分布更加广泛,液滴直径值大于最大状态时,靠近进气道边缘的喷嘴会有一部分水滴打在唇口上,并飞溅至进气道外。