考虑沸腾换热的柴油机缸盖流固耦合传热分析

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1、第53卷第8期农业装备与车辆工程2015年8月Vo第l．5353卷第No．88期AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGAugust2015doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．08．004考虑沸腾换热的柴油机缸盖流固耦合传热分析吴倩文，张敬晨，白书战，胡玉平（250061山东省济南市山东大学能源与动力工程学院）［摘要］以CFD软件Fluent和FEA软件ABAQUS为仿真计算平台，建立了柴油机气缸盖与冷却水腔所组成的流固耦合传热模型，进行了流体与固体之间的传热仿真模拟。为反映沸

2、腾换热的影响，基于单相流沸腾换热模型编写相关子程序，并嵌入到Fluent软件中。结果表明：与不考虑沸腾传热的单相流对流传热计算结果相比，沸腾换热可有效强化缸盖冷却水套内的传热，降低缸盖的高热负荷。［关键词］柴油机缸盖；冷却水腔；传热；流固耦合；沸腾［中图分类号］TK422［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)08-0013-04AnalysisofFluidSolidCouplingHeatTransferinDieselCylinderHeadConsideringBoilingHeatTransferWuQianwen，Zh

3、angJingchen，BaiShuzhan，HuYuping（SchoolofEnergyandPowerEngineering，ShandongUniversity，JinanCity，ShandongProvince250061，China）［Abstract］TakingtheCFDsoftwareFluentandtheFEAsoftwareABAQUSassimulationplatform，acoupledfluid－solidmodelofcylinderheadandwaterjacketwasestablishedandasim

4、ulationontheheattransferbetweenfluidandsolidwasconducted．Inordertoconsidertheinfluenceofboilingheattransfer，boilingsubroutinewaswrittenbasedonsingle－phaseboilingheattransferanditwasbuiltintoFluent．Theresultsshowthatcomparedwiththesingle－phaseflowconvectionheattransferwithoutco

5、nsid-eringboiling，boilingheattransfercaneffectivelystrengthentheheattransferinthecoolingwaterjacket，andreducethehightemperatureofthecylinderhead．［Keywords］cylinderheadofdieselengine；coolingwaterjacket；heattransfer；fluid－solidcoupling；boiling0引言传热能够有效降低气缸盖火力面鼻梁区和排气道侧的高温。随着柴油机不断

6、向高增压、高压缩比的方向发展，其强化程度越来越高，导致发动机因高热负1传热模型［1］荷引起的失效风险显著增加，因此，对发动机冷1．1流固耦合传热模型却水腔的流动与传热状况进行精确预测具有极其目前，采用流固耦合的方法进行冷却水腔传重要的现实意义。近年来，高温冷却已成为现代发热模拟研究并应用于发动机实际开发过程已经越［2］动机冷却系统的主要发展趋势。理论分析和实［5－6］来越普遍。冷却系统的流固耦合传热分析是指践均表明，相比传统对流换热，沸腾换热可有效强冷却水套与缸盖交界面上的流场和温度场互为计化缸盖冷却水套内的传热。在缸盖冷却水腔的仿算边界，以实现冷

7、却水套流场和缸盖温度场的全真模拟中充分考虑沸腾换热的影响，可以更加精仿真分析，其优点是可以将难以直接确定的流固确地预测冷却水腔的传热性能，从而为合理地设之间的边界转化为内部边界，避免了确定动态边［3－4］计和评价冷却水腔的结构提供依据。界条件的困难。本文以某高强度六缸柴油机气缸盖为研究对流固耦合传热计算的关键是实现流体与固体象，建立了缸盖与缸盖冷却水腔的流固耦合传热［7］边界上的热量传递。由能量守恒原理可知，在流模型，并分别采用单向流对流传热和沸腾传热对固耦合交界面处，固体传出的能量应该等于流体吸缸盖耦合模型进行仿真分析，对比分析表明：沸腾收的能量

8、，流固边界面上的热量传热过程可表示为λ鄣鄣T鄣＝α鄣T－T鄣（1）wf鄣x收稿日期：2015－04－09修回日期：2015