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发动机耦合系统中稳态固流耦合传热问题的数值仿真研究

李婷  
【摘要】:发动机传热仿真研究是发动机热管理技术的重要组成部分,它对发动机各个系统的集成匹配,优化设计等具有重要指导作用。传热研究是一个十分复杂的系统工程,计算中涉及到发动机结构上的耦合和工作过程中各个物理场的耦合,采用固流耦合计算方法可以实现结构上以及物理场上的整体耦合计算,将发动机作为一个整体进行传热计算,将单独计算中较难确定的部分边界条件变为系统内部边界,省略其定义过程,是实现发动机传热计算的有效方法。本文对固流耦合计算方法进行了理论分析,并通过实例验证了这种方法操作上的可行性。 本文将要完成的主要工作: 1.从理论上讨论固流耦合计算方法的可行性以及计算方法。在此基础上确定固流耦合系统的计算模型,包括缸内燃气热力过程模型、流体域流动与传热模型、固体域传热模型。 2.确定计算中三维模型建模、网格划分、边界条件计算的方法以及控制方程的求解策略。 3.采用6130型发动机作为实例进行耦合仿真计算,在建模和设定边界后运用有限容积法同时求解连续方程、能量方程和湍流方程,得到收敛结果。 将仿真计算结果与试验测量结果进行比对,验证固流耦合计算方法可行性。 4.对6130发动机计算结果的温度场、流场等计算结果进行分析,对冷却水不同进口速度情况的换热效果进行比较,说明固流耦合计算方法可以通过调节各种参数来模拟耦合系统不同情况下的传热情况,并可以指导发动机优化设计,达到发动机传热研究的目的。 5.对斯太尔WD615发动机进行算例计算,与试验结果比较后进一步说明固流耦合计算方法的普遍性以及准确性。 6.在本文工作基础上对固流耦合传热计算方法发展进行展望,提出进一步工作目标。


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