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柴油机气缸套冷却水空化流数值仿真研究

范春燕  
【摘要】:柴油机气缸套的穴蚀是柴油机缸套失效的主要形式之一。缸套穴蚀和缸套冷却水空化流的流场特性密切相关。本文通过对缸套冷却水空化流的数值模拟,揭示缸套冷却水空化流的流场特征和发展过程,分析缸套穴蚀的影响因素,研究成果有助于柴油机缸套穴蚀机理分析和改善缸套抗穴蚀。二维数值计算结果表明,随着缸套周期振动,缸套附近流场的压力和气相体积组分也呈现一致的周期性变化特性。缸套壁的中上区域局部流场为冷却水主要空化区域。冷却水腔的截面形状、水温和热力学效应等对流场空化特性也有一定影响,随着冷却水腔流道变得狭长,同等振动频率和振幅下,流场空化现象变得严重,穴蚀程度提高;在水温60℃~70℃,缸套脉冲压力较高,水温为90℃,压力波动明显减弱,这是在此温度下水的密度、空泡的表面张力、水蒸汽的密度、水的粘度等因素对空泡溃灭压力综合影响的结果;由于现有的空化模型均为等温过程,本文基于Singhal空化模型建立了一种考虑热力学效应的空化模型。在蒸发过程中,由于温降,热力学效应修正项为负,使蒸发率减小。在凝结过程中,热力学效应项为正,使凝结率增大。修正的空化模型与原Singhal模型比较,计算获得的空穴区域范围减小,蒸汽含量降低。通过对某柴油机缸套-水腔冷却水进行二维和三维数值模拟,得出结果表明,在标况下,振幅最大的缸套壁区气相体积组分波动较小,所受压力峰值低,此区域穴蚀效果并不严重,不足以造成缸套破坏。


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