Cu-乙二醇纳米流体对发动机冷却水套传热的模拟研究.pdf

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1、第39卷第3期2010年6月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTl0NENGINEANDMOTORCYCLEV01．39No．3Jun．2010Cu一乙二醇纳米流体对发动机冷却水套传热的模拟研究+徐行军1郑清平2(1一天津工业大学机械电子学院天津3001602一河北工业大学能源与环境工程学院)摘要：在乙二醇冷却液中添加Cu纳米粒子作为内燃机冷却介质，并利用大型CFD软件AVLFire针对两种不同的冷却介质对内燃机冷却系统的传热进行了三维模拟计算。通过计算可以得到传热工质的流场、压力场及壁面换热系数的空间分布。结果表明，以Cu一乙二醇纳米流体作为传热工质可

2、以提高内燃机的散热性能，而且水套进出口压降有所降低。关键词：纳米流体发动机冷却水套CFD模拟中图分类号：TK421．1文献标识码：A文章编号：1671—0630(2010)03—0040—04SimulationofHeatTransferofEngineWaterJacketbyCu·glycolNano—fluidsXuXingjunl。ZhengQingpin921一TianjinPolytechnicUniversity(Tianjin，300160，China)2一HebeiUniversityofTechnologyAbstract：Theglycolcoolan

3、taddedCunano—particleswasusedastheinternalcombustionenginecoolant，andthecommercialCFDsoftwareAVLFirewasemployedtoperformthe3Dnumericalsimulationofthecoolingsystemofen舀newithdifferentcoolant．Theflowfield，thepressurefieldandthesurfaceheattransfercoeffi-cientdistributionwereobtainedbythesimula

4、tion．Theresultsindicatethatnano—fluidscanevidentlyenhancetheengineheattransfercapability，andreducepressureloss．Keywords：Nano—fluids，Engine，Waterjacket，CFDsimulation引言由于冷却系统对发动机性能的影响显著，通过对冷却系统的不断改进来提高发动机性能已成为一种有效的手段。一种方法是改进内燃机冷却腔的结构，通过调整各缸进水口的位置、大小以及冷却腔的厚度等一些方法来达到提高冷却效果的目的；另一种方法是在冷却腔中采用具有更高效

5、换热性能的传热工质。但是，随着内燃机动力性能的不断提高。热负荷也在急剧增大，单纯采用改进冷却腔的结构已不能满足一些特殊工况的散热要求。因此，选择换热性能好的传热工质，已逐渐成为提高内燃机散热性能的关键。目前，采用在冷却液中添加固体添加剂的方法是最具发展潜力的措施之一¨“-。自20世纪90年代以来，随着纳米材料科学的迅速发展，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热及冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等∞1首次提出纳米流体的概念。2005年，李强、宣益民等人[41将Cu一水纳米流体应用到航天器热控系统中。2006年，Lee”

6、1将AI：0，一水和Cu一水纳米流体应用到微通道·基金项目：天津市应用基础及前沿技术研究计划重点项目(09JCZDLC25800)。作者简介：徐行军(1984一)，男。硕士研究生。主要研究方向为发动机工作过程计算。第3期徐行军等：Cu一乙二醇纳米流体对发动机冷却水套传热的模拟研究4l散热器中。宣益民【61试验发现，在水中添加5％(体积分数)的Cu纳米粒子，液体导热系数可增大约1．5倍；在乙二醇冷却液中加入体积分数仅为0．3％、尺寸为10nm的cu纳米粒子，纳米流体的导热系数可提高40％。笔者尝试在乙二醇冷却液中加人体积分数为5％的Cu纳米粒子所组成的纳米流体作为内燃机冷却的换

7、热工质，并利用CFD软件对其进行模拟计算，考察纳米流体对内燃机散热性能的影响，为今后开发新的冷却系统提供一个途径。1纳米流体的热物性1．1纳米流体导热系数的模型目前对纳米流体的强化传热机理解释尚存在争议。有学者提出了一个最主要的强化传热的机理，即在固体粒子表面形成了一层液体分子层【7】。这种界面层更像是固体层，作为一个固体和液体间传热的桥梁，它的热导率大于液体热导率而小于固体热导率，因此引起了流体导热率的增强。2006年，S．M．S．Murshed【8o等人在考虑界面层效应和微粒尺寸的影响下提出了纳米流