新型2D25卧式柴油机冷却水套CFD分析

针对新型2D25卧式柴油机冷却水套结构,采用NX5.0软件建立了冷却水套三维分析模型,并应用CFD软件AVL-FIRE,对冷却水套进行三维流动仿真计算,详细分析了冷却水套速度场、换热系数分布、流量分布、压力损失等流场特征。结果表明,该两缸柴油机冷却水套整体水流平均速度约为0·8m/s,基本能够满足设计要求;缸体、缸盖处水流平均速度分别为0.898m/s、0.67m/s,但从换热系数、缸盖上水孔流量及截面速度看,该冷却水套各缸冷却不均、局部存在流动死区,有待进一步改进。     

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。     

柴油机缸体水套建模及流体动力学分析

采用CFD技术对柴油机缸体水套进行流场分析是缸体水套设计与优化的一种有效方法,但是简化模型被广泛采以建立流体几何模型。为了实现真实水套的流场计算,在Pro/E软件中以现有缸体模型为参照采用布尔算法建立了水套三维几何模型,通过ANSYS Work-bench软件与Pro/E软件的无缝连接构建了水套无简化流体模型,并在ANSYS Workbench环境下进行了网格划分与流场计算。计算结果指出：采用合理的建模方法与有效的流场分析技术,依据现有的计算机技术可精确完成无简化缸体水套流场的CFD计算,且计算时间较短。     

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     

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.     

纳米流体作为柴油机冷却系传热介质的数值模拟

应用Cu-水纳米流体作为柴油机冷却系传热介质,利用CFD方法对质量浓度为0.5%,1%,3%和5%的Cu-水纳米流体在柴油机冷却水套内的流动和换热过程进行三维数值模拟.并采用湍流随机跟踪方法,对固液两相流离散项纳米粒子的运动进行轨迹追踪,得到了不同质量浓度纳米流体Cu粒子在柴油机水套内的浓度场分布、速度场分布、内能变化、停留时间、换热总量以及水套进、出口之间的压降变化计算结果表明,以Cu-水纳米流体作为传热介质可以显著提高柴油机的散热性能,随着纳米粒子浓度的增加,柴油机散热能力增强,水泵功率损失小范围增加,Cu粒子在水套内的平均停留时间与其浓度相关性不明显,换热效率与纳米流体的流速相关性不明显.     

柴油机缸体振动的模态分析和改进设计

首先概述了试验模态分析的基本原理,然后对柴油机缸体进行试验模态分析,建立了缸体的离散化数学模型,并运用振型叠加原理计算了缸体实际工况下的阻尼动态响应,最后据此对缸体进行了改进设计,并取得了满意的结果。     

高强化大功率柴油机冷却系水流分布研究

通过对高强化大功率柴油机冷却系统的分析,研制了高强化大功率柴油机冷却系水流分布试验装置,采用流量测量法测定了水泵在不同转速下通过左,右缸排及各缸的冷却水流量与阻力,同时对不合理的水道给予了改进设计,试验结果表明改进后的冷却系左,右缸排及各缺冷却水流量与阻力分布均匀,合理,从而使改进前的整机各缸冷热不均得到较大改善,可靠性也得到较大提高。     

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。     

柴油机缸盖水腔内沸腾换热仿真分析

为了更好地了解柴油机水腔内冷却液的流动和传热问题,根据Eulerian两相RPI(rensselaer polytechnic institute)沸腾模型,建立了一套适用于柴油机水腔沸腾换热的气液两相流模型.以某直列四缸柴油机为研究对象,通过缸盖温度场实验对缸盖火力面20个测点进行温度测量,并将实验测得的温度值与传统单相强制对流和两相流模拟得到的温度值进行对比.结果表明:与传统单相流模型相比,Eulerian两相RPI沸腾模型的精度更高,误差小于5%;优化后缸盖水腔底部冷却液的流动与冷却更加均匀,水腔壁面最高温度降低了4.05℃,第三、四缸水腔鼻梁处高温区域面积减小,缸盖水腔换热效果得到改善.研究结果为柴油机缸盖水腔沸腾换热研究和冷却水腔的设计提供了依据.     

车用柴油机气缸盖热负荷的改善

为了改善气缸盖热负荷并进行合理设计,以车用柴油机气缸盖内冷却水流动为研究对象,对气缸盖底面上水孔内冷却水流量进行了测量.对气缸盖内冷却水流动进行了模拟分析;根据试验和分析结果,指出了该水腔中上水孔结构设计不合理之处,提出了优化方案;对改进前后气缸盖底部温度进行了测量.测量结果表明,改进后的该重型柴油机,气缸盖鼻梁区的最高温度和温度梯度显著降低,气缸盖热负荷得到较好改善.     

柴油机冷却水套数值模拟分析

为快速设计符合要求的柴油机冷却水套,通过对某柴油机样机机构深入研究,建立该试验样机的冷却水套的三维CATIA模型,在保证不影响仿真精度的情况下对模型进行简化处理.将简化模型导入ANSYS ICEM中对模型进行网格划分,根据经验值数据合理的设定初始条件和边界条件,由三维分析软件CFX对流场进行离散化仿真计算,通过对计算结果的分析研究其流场压力分布、密度分布、换热系数分布及冷却水流量分布,为以后的样机优化提供依据.     

船舶主机缸套冷却三通调节阀的水力计算方法

为了实现船舶主柴油机的变流量冷却，需要对主机缸套冷却水系统进行水力计算．为此研究了具有三通阀的水力管路的流量计算方法，并在具体的船舶主机缸套冷却水管路上对此进行了实验验证．实验结果表明：文中所采用的三通调节阀的水力计算方法具有较好的可行性、正确性．并且在三通调节阀调节的过程中，主管路流量是变化的，只要采用合适的泵和节流装置，可以实现主柴油机的变流量冷却．     

玻壳模具冷却腔内流动传热的数值模拟

给出了玻壳模具冷却腔的流动换热模型及模具冷却腔内表面传热系数的计算方法,采用雷诺时均方程法和可实现是k-ε湍流模型对凸模冷却腔中冷却水的流动和传热进行数值模拟,近壁区域的处理采用壁面函数法．以此为基础,可以计算出冷却水的速度场、换热系数场等的分布,为玻壳模具温度场的数值分析提供了必需的边界条件．     

船用柴油机空冷器变流量冷却系统原理

对船舶柴油机空冷器热负荷计算的基础上,分析了柴油机负荷和环境温度对空冷器热负荷的影响,提出空冷器变流量冷却的方案;并进一步讨论了变流量冷却系统的实现．其结果表明：目前大多数低速柴油机冷却水系统的设计违背了变流易冷却的宗旨,采用合适的节流装置以及合适配置的水泵可实现变流量冷却．所获结论有助于轮机管理人员对不同工况下冷却系统的进一步认识和理解．     

氧枪喷头冷却水流动特性的数值模拟

采用紊流的K—ε模型研究紊流流动现象，利用通度系数法处理计算域中的非直边界，对某钢铁公司氧枪喷头中冷却水的流动特性进行了模拟．结果表明，现用喷头由于兜水板设计不合理，在喷头端面中心区存在死区而不能进行有效冷却．文中对兜水板的结构进行了优化．模拟计算表明，优化后的喷头可确保冷却水以高速流遍整个喷头端面，达到对喷头端面有效冷却的目的．     

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。     

发动机气缸盖冷却水流动试验及CFD分析

针对高强化发动机气缸盖的冷却问题,采用流量压力测量法和染色剂法对透明气缸盖水腔进行了水流分布试验,得到冷却水在缸盖复杂水腔内的流场分布和水腔的流动阻力与进出水孔的流量,并对缸盖水腔不合理的地方加以改进;然后用FIRE软件对改进前后的缸套水腔冷却水流动进行数值模拟,得到冷却水在缸盖水腔内的三维流场．将试验结果与CFD分析结果加以对比,表明水腔改进后流量和压力分布合理,微涡和流动死区减少,同时数值模拟计算所得的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致。     

气缸盖冷却水腔内两相流动沸腾传热仿真研究

采用计算流体动力学软件CFX,考虑气缸盖内冷却水的热力学相变特性,应用汽液两相流过冷沸腾换热计算模型,对不同影响因素下由柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场离散、整场求解,得到了不同影响因素下气缸盖火力面温度场分布;通过与试验结果的对比分析,证明了仿真计算结果的有效性。研究结果表明:与单相流不考虑沸腾换热相比,考虑汽液两相流的过冷沸腾换热能够有效降低气缸盖火力面的最高温度,提高冷却水的进口速度,降低进口温度;适当减小冷却系统的压力,可以进一步有效降低气缸盖火力面温度,减小气缸盖火力面的热负荷。该结果可为进一步研究柴油机气缸盖的沸腾冷却及可控性提供参考。     

冷却水管在泄洪闸闸墩施工期温控中的应用

施工期通冷却水可降低大体积混凝土早期水化热,是成熟的冷却方法,闸墩结构中应用较少.本文结合白沙水库溢洪道闸墩结构中的冷却水管降温方案的设计,通过对水管冷却的热工计算,分析冷却水管冷却的降温幅度,对比相同施工环境条件下是否采用冷却水管的实际温度变化过程,表明水管冷却在泄洪闸闸墩施工期温度控制中使用可有效降低混凝土温度峰值,对闸墩结构的防裂具有重要意义.