船用柴油机活塞环形油腔振荡冷却及流固热耦合分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文船用柴油机活塞环形油腔振荡冷却及流固热耦合分析硕士研究生：吴志明指导教师：明平剑教授学科、专业：轮机工程论文主审人：李晓波教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文船用柴油机活塞环形油腔振荡冷却及流固热耦合分析硕士研究生：吴志明指导教师：明平剑教授学位级别：工学硕士学科、专业：轮机工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:AD

2、issertationfortheDegreeofM.EngNumericalInvestigationsofTwoPhaseFlowandConjugateHeatTransferinOscillationCoolingPistonforamarinedieselengineCandidate:WuZhimingSupervisor:Prof.MingpingjianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MarineEngineeringDateo

3、fSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本

4、人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后

5、即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日摘要近年来，由于船用柴油机向着高功率密度和高效率的趋势发展，活塞的热负荷急剧增加。大多数活塞均采用振荡冷却方式，以降低活塞的热负荷，所以本文主要对某型柴油机活塞振荡冷却进行研究。活塞油腔设计的是否合理，需要对油腔进行多方面的探讨与研究。本文以某型柴油机活塞环形油腔为研究对象，首先利用Fluent对活塞环形油腔进行换热特性研究以及其沿周向换热特性进行研究，然后对影响油腔换热系数的一些参数，如转速、喷油

6、速度、湍流模型、倾斜角度等进行研究，最后通过对活塞和环形油腔进行流-固耦合传热分析，并对活塞进行应力分析。主要研究内容如下：（1）利用动网格和施加动量源的方法分别对环形油腔机油流动形态进行仿真研究，验证施加动量源方法的正确性；采用施加动量源方法对活塞油腔壁面四个区域及四个壁面的周向18个区域的换热特性进行研究，分析其变化规律得出环形油腔换热特性沿周向的变化趋势及特点，并对振荡冷却油腔带走的热量变化进行了研究，得出机油进出口所带走热量的比例。（2）采用加载UDF动量源的方法，分析活塞环形油腔在不同湍流模型、转速、喷油速度

7、及活塞倾斜角等因素的影响下，油腔四个区域的壁面换热系数的变化规律,并对不同转速下不同喷油速度时机油填充率和油腔换热系数之间关系进行分析。（3）对活塞-环形油腔机油进行流-固耦合传热分析，得到在关键曲轴位置处的活塞温度场分布及活塞稳态温度场分布，提取活塞测点位置处的温度值与试验值进行对比分析。（4）选用活塞瞬态最大温度荷载并对活塞加载，施加上止点时刻的机械荷载及活塞与销之间的接触，对活塞应力场进行分析，最后分别对轴向、周向和径向三个方向的变形进行分析。关键词：冷却油腔；振荡冷却；耦合传热；应力场ABSTRACTTherm

8、alloadofheavydutymarinedieselenginepistonshasincreasedintenselyduetothetrendofhighpowerdensityandhighefficiencyinrecentyears,mostenginesuseoilgallerycoolingsystemwith