活塞-缸套周期性瞬态传热仿真

为解决计算柴油机单个零部件传热时边界条件难以确定的问题,用耦合传热的方法,把活塞、缸套传热时的外边界条件变成内边界处理,利用有限元软件进行建模仿真。以X6130型柴油机为例,用有限元分析软件ANSYS建立了活塞-缸套的三维模型,并对其额定工况下一个工作循环内的瞬态传热进行了仿真计算,得到了活塞-缸套上关键点的温度波动曲线。部分计算结果和实验结果对比表明：用耦合方法模拟活塞-缸套之间的传热过程是可行的,且仿真结果与实测数据吻合较好。     

考虑沸腾换热的柴油机缸盖流固耦合传热分析

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。     

高原环境车用柴油机与辅助系统耦合仿真

采用喷雾模拟试验与优化算法对柴油机缸内准维模型进行高原试验修正和校正,运用直接耦合方法,建立具有变海拔适应性的某重型车辆动力装置(柴油机及辅助系统)工作过程全耦合数值仿真模型:根据准稳态流动的统一化阻力和传热方程,建立车辆进气系统阻力模型;基于一维非稳态可压缩流体动力学理论和传热理论,建立喷油系统工作模型;考虑润滑油对传热量的影响,建立柴油机冷却系统模型;各辅助系统模型与柴油机工作过程实现耦合计算,即计算中柴油机与辅助系统的边界条件双向实时传递.试验验证了耦合仿真的准确性.结果表明:海拔高度4 500 m,外特性工况,功率最大下降45％,燃油消耗率最大增加71％;高原缸内热流分布中需要冷却液带走的热量比平原增加48.6％;活塞-缸套-缸盖温度场整体升高,最高温度增加85 ～91 K.海拔高度3 700 m,水泵扬程最大下降3.9m;单独增加水泵流量,散热器进出口水温整体升高.     

柴油机活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究

发动机活塞缸套冷却水组成的固流耦合传热系统涉及固体部件传热有限元(FEA)和计算流体力学(CFD)问题。活塞和缸套被燃气加热同时彼此之间发生固体部件传热,缸套又与冷却水进行对流换热。确定上述固体、流体耦合传热系统的内部边界条件成为发动机传热研究的难点。采用耦合分析方法将相互作用的固体部件和流体部分作为一个整体进行研究,计算时可只定义系统外部边界条件。在进行有限元固流耦合传热计算方法研究基础上,对135型发动机中活塞缸套冷却水系统进行数值仿真,试验证明计算具有较高的精度。     

高压共轨柴油机缸盖-冷却水耦合传热研究

采用试验测试与数值仿真相结合的方法,以一款国IV非道路柴油机为研究对象,基于顺序耦合思想建立了缸盖-冷却水流固耦合传热模型,研究了缸盖的温度场、热应力和热应变的分布规律。研究结果表明:将缸盖和冷却水作为一个耦合系统进行流固耦合传热研究,能够将难以确定的外边界条件转换成内边界条件,从而更好地模拟内燃机工作循环过程中缸盖的传热状态,使仿真结果与试验结果误差更小,在5%以内。从数值仿真分析发现,冷却水高温区域主要集中在鼻梁区以及排气侧部分狭窄区域;缸盖的4个鼻梁处温度较高,并在鼻梁处出现应力集中现象,最高温度和最大应力均出现在第4缸鼻梁处;缸盖在排气侧周边的变形较大,最大变形在EGR冷却水入口处的尖角位置。     

柴油机缸盖水腔流动与沸腾传热的流固耦合数值模

采用CFD软件STAR-CD和FEA软件ABAQUS对226B型柴油机缸盖冷却水腔内的流动和传热过程进行了流固耦合数值模拟计算.为反映沸腾传热的影响,基于FORTRAN语言开发了单相流沸腾传热模型,将其嵌入到STAR-CD中.与试验结果的比较表明,加入沸腾传热模型可以大幅度提高模拟计算的精度,最大误差由18%下降至7%,为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据.     

柴油机功率强化前后气缸盖的温度场模拟与试

对功率强化前后的柴油机分别进行了性能仿真计算,进而确定了缸盖温度场计算的边界条件;利用有限元软件对气缸盖进行三维稳态热分析,并考虑了冷却水沸腾换热的影响;在该柴油机的单缸试验机上进行了稳态温度场测量试验,分析了试验和计算结果;得到了火力面边界条件的设置规律、稳态温度场随工况的变化关系和单缸机与多缸机的稳态温度场差别.     

柴油机曲轴-机体动力耦合仿真分析

对某单缸柴油机建立了包含活塞-连杆-曲轴-机体的系统动力学仿真分析模型。同时考虑了曲轴主轴承和曲柄销轴承的流体动力润滑,通过求解雷诺方程分析系统动力学与流体动力润滑耦合作用。分别采用柔性机体和刚性机体进行动力学仿真,分析了柔性机体对主轴承载荷、曲轴轴颈中心轨迹及最小油膜厚度的影响。     

考虑冷却流场的缸套失圆耦合分析

以ANSYS为平台,在整体冷却水系统数值计算结果的基础上,应用流固共轭耦合传热的数值方法,计算了冷却水流动对缸体与冷却水耦合模型的温度和气缸体热变形分布的影响,给出了整体冷却水系统的流场、压力场.对冷却水流动影响下的耦合模型的温度场、缸体的热变形及缸套的失圆问题进行了研究分析.     

天然气发动机气缸盖流固耦合传热研究

利用CFD计算软件对天然气发动机气缸盖及其冷却水套进行了三维流固耦合流动与传热数值模拟,得到了缸盖温度场和水套流场的信息并进行了分析评价;将计算结果与试验结果进行对比验证了模拟的准确性。根据计算发现的问题,提出了改变上水孔面积的改进措施,通过加大第5缸附近的水流量,减小第1、2缸附近的水流量,改善了冷却效果。     

大气压力对发动机本体传热量的影响研究

以某型车用发动机为研究对象,基于发动机仿真软件Gt-Suite建立了发动机工作过程及其冷却系统全耦合数值仿真模型,利用台架热平衡试验对该型发动机在外特性工况点下的功率、燃油消耗率和本体传热量进行了验证,结果表明该仿真模型具有良好的计算精度.通过改变模型环境边界条件,计算并分析了大气压力变化对该型发动机在最大扭矩工况和额定工况下本体传热量的影响.该研究可为提高车用发动机高原环境适应性及其技术改进研究提供理论依据.     

冷却液温度对柴油机热功转换效率的影响

以热力学第一定律为基础,分析了柴油机热功转换的机制,在此基础上建立了基于GT-Suite软件的仿真模型,实现了冷却系统与发动机的耦合仿真。设计并进行了DEUTZ TCD8V2015型柴油机的热平衡试验,对仿真模型进行了校核。利用所建立的分析手段,研究了冷却液温度变化对柴油机热功转换过程的影响,得出了发动机性能及缸内传热随冷却液温度的变化趋势。结果表明柴油机中小负荷时冷却液温度变化对热功转换效率影响较大,冷却液温度每升高20℃,热功转换效率增加2%～3%。     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一，基于土壤水、热运动基本方程，结合地表滴灌水分运动特点，建立了地表滴灌水、热运移数学模型，利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解，并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明， 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果；当土壤、气象以及灌水资料等可知时，利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律，模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外，数值模拟值和实测结果都显示，地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

柴油机排气歧管流固耦合分析

联合AVL-Fire与有限元分析软件对某柴油机排气歧管进行了温度场、热应力分析。首先利用AVL-Fire对排气歧管做内外流场CFD计算,得到排气歧管内外表面的热边界条件,即流体温度和换热系数,将该计算结果作为排气歧管的热边界条件并用有限元软件计算出排气歧管的温度场和热应力。     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

切片多孔介质对流干燥传质模拟软件开发研究

根据非平衡态热力学和相平衡理论,建立了多孔介质对流干燥内部传质模型、传热模型,该模型充分考虑了传热与传质之间的相互藕合关系。用VB编程软件对该模型进行了分析求解,设计开发模拟软件。以切片土豆为例进行传质模拟计算,并与土豆片干燥实验数据进行对比,结果表明:模拟值和实测值十分接近,二者的最大相对偏差小于9.1%。模拟结果显示土豆对流干燥中内部水分由内往外迁移,以及干燥过程中产生的表低内高水分分布规律。