缸盖内沸腾传热流固耦合模拟及其可靠性分析

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：I望丝杰日期：型!L』：盆关于学位论文使用授权的声明本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用

2、影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：f兰]兰里是导师签名：盈尘日●●●●●．I●●●●III●●●●VII●●●●●．1●●●●●．1l1．2国内外研究现状21．2．1缸盖流动传热研究概况21．2．2流固耦合算法的研究概况．31．2．3沸腾换热研究现状．51．2．4缸盖热一机械耦合疲劳研究概况．61．3课题研究的主要内容及技术路线．7第二章沸腾传热体系建立及试验验证．92．1沸腾换热描述．．92．2沸腾换热模型．1l2．2．1叠加模型．

3、．1l2．2．2分区模型．．122．3单相均匀流沸腾换热模型132．3．1空泡质量的控制方程．132．3．2空泡份额的求解方程．152．3．3沸腾换热量的数学模型：．162．4模型的数值实现及试验验证．172．4．1计算模型及边界条件．172．4．2数值模拟结果分析182．4．3试验结果对比分析202．5沸腾换热修正算法2l2．6空泡份额极限值设定．252．6．1空泡份额极限值上限确定28A山力：人学硕{j学伊沦文2．6．2空泡份额极限值下限确定．．．．．．．．．292．7本章小结．．29第三章

4、自动化流固耦合传热软件设计313．1流固耦合算法的原理及方法．313．1．1流固耦合算法的原理．313．1．2流固耦合投影算法323．1．3流固耦合算法流程343．2自动化流固耦合软件．353．2．1点云快速配准算法353．2．2MPCI自动进程管理．．363．2．3收敛标准设定．373．3软件特点及优势．．413．4模拟验证．．413．5本章小结．．47第四章冷却水腔内流动传热缸盖热负荷分析及试验验证．．494．1计算模型．．494．1．1几何模型．．494．1．2网格划分．．514．2边界条

5、件．．544．2．1冷却系统流动边界条件．．544．2．2温度场热边界条件554．2．2．1缸套燃气侧的热边界条件．．554．2．2．2缸盖火力面的热边界条件．．574．2．2．3进排气道的热边界条件．574．2．2．4外围热边界条件．584．2．2．5冷却水腔的热边界条件．584．3冷却系统CFD模拟结果分析．594．3．1压力场分析594．3．2流动均匀性分析．．61BlIJ尔人学硕fj学伊论文4．3．3缸盖冷却水腔内的流动分析．．．624．3．4缸盖冷却水腔的传热分析644．3．5空泡份额

6、分布．654．4缸盖冷却水腔修改方案分析．664．5缸盖温度场分析．．694．5．1沸腾对温度场的影响分析704．5．2修正模拟的温度场分析．．714．6缸盖温度场试验验证．754．7本章小结．．76第五章缸盖耦合场应力疲劳分析．785．1计算模型．．785．1．1网格模型．．785．1．2材料属性．．805．1．3约束边界．．805．1．4载荷边界．．8l5．2计算工况选择．8l5．3应力场分析815．3．1冷态工况LCl、LC2应力分析．．815．3．2热态工况LC3、LC4应力分析．．85

7、5．4疲劳分析．．885．4．1高周疲劳分析．885．4．2热低周疲劳分析．．925．5沸腾换热对应力疲劳影响分析．．935．6修改方案分析．955．7本章小结．．97第六章全文总结与展望．．．996．1全文工作总结．996．2工作展望．101C山尔人学硕卜≯位论文参考文献102致谢．．108攻读硕士期间发表的论文．109DIJ尔大学硕f：学位论文摘要过冷沸腾传热是缸盖冷却水腔中存在的一种重要换热方式，然而现有的沸腾传热模型并没有考虑局部流动与发生沸腾时产生气泡对流动沸腾传热的影响，同时也没有考

8、虑流速项对沸腾换热量、临界热流密度点及空泡份额的影响。因此，应进一步发展其模型，更加精确地模拟、预测和评价缸盖冷却水腔内的沸腾传热现象，更加合理的设计缸盖结构。本文的主要研究内容包括以下几个部分：1、在现有的单相流沸腾换热模型的基础上，考虑流速对沸腾换热量和临界热流密度点的影响，通过数学推导建立空泡质量控制方程，利用质量与空泡份额的转换关系反映两相流的存在，基于线性叠加原理实现沸腾换热量的引入，完整描述沸腾换热曲线，进而建立新的单相均匀流沸腾换热模型，通过uDF与UDS子程序接口将模型嵌入CFD