重型柴油机预热系统传热特性分析

【摘要】随着现代汽车工业的发展，汽车慢慢成为人们日常生活中必不可少的交通工具。工程汽车是其中很重要的部分，重型柴油机是工程汽车的主力，柴油机的优点在于功率高、油耗低。但是也存在着一些问题，在我国北方的寒冷地区柴油机在冬季的最重要的问题是低温环境无法正常启动。柴油机预热系统就是为了解决这一问题提出的，将使柴油机的冬季运行更加可靠。本文研究的内容就是通过数值模拟的方法对某款重型柴油机预热系统进行仿真计算，对重型柴油机预热系统的传热特性进行研究，总结冷却液的流动特征对预热系统传热特性的影响。模拟预热系统在低温环境下对发动机的预热过程，得到重型柴油的预热时间以及温升变化。文中首先对预热系统进行三维建模，经过适当的简化处理之后提取预热系统的物理模型，对物理模型修补，导入网格软件对预热系统模型进行离散处理，得到混合网格模型后，在CFD仿真软件中进行仿真计算，获得预热系统的冷却液的速度矢量分布、换热系数分布、压力分布、冷却液质量流量分布以及温度分布。原模型中预热系统将发动机缸盖水套壁面预热至354.47K，缸体水套壁面预热至353.59K需要的预热时间为530s。根据计算结果可知，原始预热系统的结构有很多可以改进的地方。提出三种优化方案以提高预热系统的预热效率。最优方案中，经过500s的预热之后缸盖水套平均温度从253K升高至357.75K，缸体水套平均温度从253K升高至356.91K。预热时间与原模型相比有所降低。为了研究低温启动过程中发动机整体的传热特性，本文构建车载燃油预热器模型、柴油发动机模型以及冷却液流量控制机构模型，然后将三个部分整合为预热系统整体模型，对其流动特性和传热特性进行分析。经过模拟分析，分别得到预热系统中空气进气量质量流量变化特性曲线和柴油机水套壁面的温度场变化特性曲线。这些曲线符合发动机预热系统运行规律，与三维仿真计算结果进行对比，与其结果相一致。
【作者】王尧；
【导师】刘研；
【作者基本信息】吉林大学，热能工程，2014，硕士
【关键词】柴油机预热系统；三维数值模拟；一维数值模拟；结构优化；

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