发动机空心气门振荡传热特性的多相流数值模拟.pdf

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1、2016年(第38卷)第12期汽车工程AutomotiveEngineering2016231发动机空心气门振荡传热特性的多相流数值模拟术张一兵1，吕建军1，袁广辉2(1．武汉理工大学机电工程学院，武汉430070；2．奇瑞汽车股份有限公司，芜湖241009)[摘要]建立了空心充钠气门内部腔体的VOF多相流分析数值模型，并利用该模型分别对空心头和空心杆两种气门腔体中填充的50％冷却介质的振荡传热进行了数值模拟，分析了空心气门腔体内冷却介质的冷却状况和空心头部直径变化对传热性能的影响。结果表明：空心头气门的传热效果优于空心杆气门；空心头气门腔体的振荡传热平均传热系数随着空心头部直径的增大呈先

2、升高后下降的趋势。关键词：空心气门；振荡传热；多相流；数值模拟MultiphaseFlowNumericalSimulationontheOscillatingHeatTransferCharacteristicsofEngineHollowValvesZhangYibin91．LfiJianjunl＆YuanGuanghui21．SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan4300702．CheryAutomobileLimitedbyShareLtd．，Wuhu241009[Ab

3、stract]AVOFmuhiphaseflowanalysismodelfortheinnercavityofsodiumfilledhollowvalvesises—tablished，withwhichanumericalsimulationisconductedontheoscillatingheattransferofbothhead—shapedandrod-shapedhollowvalvesfilledwith50％volumeofcoolingmedium，andtheinfluencesofcoolingconditionandhollowheaddiameteronh

4、eattransferperformanceareanalyzed．Theresultsshowthattheheattransfereffectofhead-shapedhollowvalveisbetterthanthatofrod—shapedhollowvalve，andforhead·shapedhollowvalve，withtheincreaseofthediameterofhollowhead，thechangeofaverageoscillatingheattransfercoefficientexhibitsatendencyofrisefirstandthenfall

5、．Keywords：hollowvalve；oscillatingheattransfer；multiphaseflow；numericalsimulation月!J舌热传递是自然界中普遍存在的一种现象，强化传热技术是学术界长期以来一直寻求发展和突破的领域。对于充有部分冷却介质的腔体，由于腔体的高速往复运动，冷却介质在腔体内发生强烈振荡，并且壁面之间形成很大的相对速度，在此条件下，流体容易形成湍流，从而产生强化传热作用，该传热方式称为振荡传热¨o。关于振荡传热应用旧J，研究人员在内燃机活塞和气门的传热冷却方面进行过相关的研究。早期的研究主要是基于实验研究，文献[3]和文献[4]中对实验结果

6、进行了归一化，提出了基于管流公式的振荡传热实验关联式，并广泛应用于工程设计计算。实验方法的缺点是缺乏系统的理论，并且基于实验的经验设计，对于不同的工况，可能导致传热效果与实验结果有较大的出入，不能很好地反映现实情况。近年来，随着计算机技术的发展和大型仿真软件ANSYS—FLUENT的出现，使内燃机活塞和空心气门的模拟实验和数值分析研究得以深入。文献[5]中对内冷油腔中的振荡传热进行了分析，研究了环形冷油腔中机油填充率、传热系数等参数随转速、冷却油流量的变化规律。文献[6]中采用直接数值模拟*国家自然科学基金(51205297)资助。原稿收到日期为2015年9月21日，修改稿收到日期为201

7、5年12月30日。汽车工程2016年(第38卷)第12期方法对钠冷却气门杆内的振荡传热进行了2D数值分析，研究发现采用中空充钠技术的排气门在2D和3D数值模拟结果上可以看出其最高温度与实体气门相比显著下降。气门是发动机的关键零件之一，在发动机中起着输送新鲜空气和排出燃烧废气的重要作用。随着现代汽车技术的不断提高，气门的工作环境越来越恶劣，高温(800～900℃)、高压(12MPa一。)、高腐蚀的工作环境，对气门可靠性方面