气缸盖冷却水腔内过冷沸腾传热多相流数值模拟基础研究

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1、＇犬？ｉｔ拔大季ＤＡＬＩＡＮＩ＾ＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣ＾ＯＬＯＧＹｆｉＳＳ士室位任文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ／＾＼气缸盖冷却水腔内过冷沸腾传热多相流数值模拟基础研究学科专业工程级物霞作者姓名—————ｍ旭指导教师２０１５６答辩日期＿＿＾＿Ｊ硕士学位论文气紅盖冷却水腔内过冷沸腾传热多相流数值模拟基础研究ＴｈｅＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＭｕｌｔｉｐｈａｓｅＦｌｏｗＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａ

2、ｂｏｕｔＳｕｂｃｏｏｌｅｄＢｏｉｌｉｎＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒｉｎｇＣｙｌｉｎｄｅｒＨｅａｄＣｏｏｌｉｎｇＣａｖｉｔｙ作者姓名：雷冬旭专业：工程热物理学号：２１２１００６４）指导教师：白敏丽（教授完成日期：２０１５年５月３日大達理工大旁ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，

3、本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他巳申请学位或其他用途使用过的成杲一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：气叙盖冷却水腔内过冷沸腾传热多相流数值模拟基础研究ｆ７以作者签名：日期：２０１５年５月３日大连理工大学硕士学位论文摘要现代社会对高强化、高功率密度的内燃机的需求越来越大，发动机结构所承受的热负荷不断地增加一。气紅盖是内燃机中结构最为复杂。气赶，热负荷最为严

4、峻的零件之盖内冷却水的流动与传热状况直接影响到气虹盖的使用寿命与发动机的可靠性。现有研究已经证明，髙负荷工况下的内燃机冷却水腔内存在冷却水沸腾的情况。由于汽化潜热。的存在，沸腾换热效果是非相变对流换热的数倍甚至数十倍若能合理利用冷却水腔内，，即可达到大幅度强化换热的目的的过冷沸腾传热则无需改变现有冷却水腔的结构。将过冷沸腾传热数值模拟研究应用于发动机气紅盖冷却水腔的前期结构设计中，可以预。测冷却水腔的温度分布，有利于气虹盖的结构优化，从而大大缩短内燃机的设计周期传统的过冷沸腾传热数值模拟大多是建立在Ｃｈ

5、ｅｎ模型基础上的单相流数值模拟方法和均相流数值模拟方法。它们忽视了气体与液体的流速差异，只能在特定工况下与实验数据相吻合。本文所采用两相流数值模拟的研宄方法，与传统单相流数值模拟方法相比，更符合实际物理情形，结果更加准确。首先，依据Ｒｏｂｉｎｓｏｎ的实验，釆用多相流的数值模拟方法，结合目前常用的６种沸腾子模型，确定了在矩形截面通道内，过冷沸腾传热模拟所需要的沸腾模型的选用，证明了多相流模拟方法与实验结果能很好地吻合；同时发现了过冷沸腾传热数值模拟中，最重要的影响参数为瑞流离散力。其次，通过流固稱合传

6、热数值模拟，获得了实际内燃机运行工况下气紅盖的温度分布，以及气紅盖冷却水腔内冷却液的温度分布、速度分布与压力分布，结果表明内燃机气虹盖冷却水腔鼻梁区的壁面温度已经超过了冷却液饱和压力所对应的沸点，证实了气紅盖冷却水腔内过冷沸腾现象的存在。最后，对比了欧拉两相流模型与均相流模型在内燃机冷却水腔鼻梁区内数值模拟的结果，结果表明欧拉多相流模型相对于均相流模型有更好的适应性；在Ｔ型截面通道内，通过改变进口流速，发现仅存在对流换热时，冷却液流速是影响换热效果的重要因素，将过，然而存在过冷沸腾时下冷却液流速对换

7、热效果的影响并不大；冷沸腾应用于气虹盖鼻梁区，可以将换热系数提高５０％以上，而粟功损失的增加在３０％以内。关键词：内燃机；冷却水腔过冷彿腾相流数值模拟；；两；－－１气虹盖冷却水腔内过冷沸腾传热多相流数值模拟基础研究ＴｈｅＢａｓｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＯｆＭｕｌｔｉｈａｓｅＦｌｏｗＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｂｏｕｔｐＳｕｂｃｏｏｌｅｄＢｏｉｌｉｎｇＩｎＣｌｉｎｄｅｒＨｅａｄＣｏｏｌｉｎＣａｖｉｔｙｇｙＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｍｏｄｅｍ

8、ｓｏｃｉｅｔｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｉｎｅｓｉｓｒｏｗｉｎｙｇｇｇ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｈｅａｔｌｏａｄｏｆｅｎｇｉｎｅ．Ｃｙｌｉｎｄｅｒｈｅａｄｉｓｏｎｅｏ