活塞振荡冷却流动传热特性的研究

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1、第53卷第10期农业装备与车辆工程2015年10月Vol．5第533卷第No．1010期AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGOctober2015doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．10．005活塞振荡冷却流动传热特性的研究12221吴倩文,庞铭,解志民,胡定云,胡玉平(1.250061山东省济南市山东大学能源与动力工程学院；2.300400天津市中国北方发动机研究所）［摘要］应用CFD动网格技术和VOF多相流模型，对活塞内冷油腔振荡冷却进行了数值

2、模拟研究，揭示了发动机转速和冷却喷嘴的喷油量对振荡冷却流动与传热特性的影响规律，并根据计算结果为活塞的温度场计算提供了第三类边界条件，从而进一步研究了转速和喷油量对活塞温度场的直接影响规律。研究结果表明：相同喷油量下，机油填充率随着发动机转速的提高而下降，平均换热系数反而略有增大，活塞温度变化较小;相同转速下，机油填充率随着喷油量增加迅速增大，换热系数随之增大，活塞温度明显降低。［关键词］活塞；振荡冷却；传热；温度场［中图分类号］TK402［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)10-0017-06The

3、SimulationStudyofFlowandHeatTransferCharacteristicsinPistonOscillatingCoolingSystemWuQianwen1，PangMing2，XieZhimin2，HuDingyun2，HuYuping1（1．SchoolofEnergyandPowerEngineering，ShandongUniversity，JinanCity，ShandongProvince250061，China；2．ChinaNorthEngineResearchInstitut

4、e，Tianjin300400，China）［Abstract］AnumericalsimulationaboutoscillationcoolinginpistonwasconductedbyusingCFDdynamicmeshmethodandvolumeoffluid（VOF）model．Itrevealedtheflowandheattransfercharacteristicsofcoolingchangewithenginespeedandinjectionquantity．Accordingtothecal

5、culatedresults，thethirdkindboundaryconditionwasprovidedforthepistontemperaturefieldcalculation，andthedirecteffectsofpistonontemperaturefielddistributionwasobtained．Theresultsshowedthattheoilfillratiodecreasedwiththeriseofspeed，buttheaverageheattransfercoefficientw

6、asincreasedslightly，thepistontemperaturehadlesschange；theoilfillratiorapidlyincreasedwiththeriseofinjectionquantity，theaverageheattransfercoefficientwasalsoincreased，andthepistontemperaturewasdecreasedobviously．［Keywords］piston；oscillatingcooling；heattransfer；ther

7、malfield0引言数值模拟计算，为活塞温度场的计算提供更为准[2]确的第三类热边界条件具有重要意义。早前，国随着柴油机的不断强化，活塞的热负荷越来[3]外JinfengPan等人对内冷油腔中的振荡传热进越高，为了使活塞保持较高的强度，振荡传热作为行了CFD数值分析，得到了冷却油腔内机油填充一种非常高效的强化传热方式，在高热负荷柴油率、换热系数等参数随转速、冷却油流量的变化规机活塞中得到广泛应用。振荡传热是指冷却空腔[4]律。YongYi等人利用数值模拟与实验相结合的内部分充满冷却介质，由于空腔的往复运动，冷却方法验证了

8、内冷油腔的振荡传热数值模型的准确介质在空腔内产生强烈的振荡，以至冷却介质与[5-7]性。国内，北京理工大学曹元福、张卫正等人也空腔壁面之间的相对速度较大，容易形成紊流，从应用CFD数值模拟方法对内冷油腔的流动和传[1]而极大地强化传热。热特性做出了相应的研究。然而这些研究并没有活塞冷却油腔壁面的换热系数