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柴油机中冷器CFD数值仿真研究

作　者: 史双佶
导　师: 李明海
学　校: 大连交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 机车柴油机中冷器 CFD 数值模拟结构优化
分类号: TK423
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
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内容摘要

中冷器作为增压后的空气在进入气缸前进行冷却的装置,是增压柴油机正常运转不可缺少的一部分。其结构直接影响进入气缸的空气量、气体的速度分布及其湍流状况等,这些因素都直接关系到机车柴油机的燃烧过程,从而影响机车柴油机的经济性、动力性和排放性。利用三维仿真软件对机车柴油机的中冷器气侧空气流动进行三维数值模拟,通过分析其内部流场后,可找到相应的改进方法,为机车柴油机的性能优化提供了新途径。本文以模拟计算同中冷器性能试验相结合的方法,首先利用三维造型软件UG对中冷器气侧进行实体建模,然后利用中冷器性能试验数据对模拟计算提供边界条件,以Fluent软件为平台,采用合适的湍流模型和计算方法对气侧内的三维流场进行数值模拟,得到了不同空气质量流量下详细的流场信息。中冷器性能评价参数(传热系数和散热量)的计算结果与稳流试验台的试验结果吻合较好,验证了应用数值模拟方法评价中冷器性能的可行性；通过流场分析,提出了中冷器结构改进措施,并再次进行了数值模拟计算。计算结果表明,改进了冷却水管间距后的结构在相同空气质量流量下散热量得到明显提高,空气冷却状况也得到了很好的改善。本文将流场分析结果直接应用于指导中冷器结构的改进,达到见效快、降低开发成本的良好效果,合乎铁路运输飞速发展的现状,极具现实意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究的背景、目的及意义  10-11
  1.2 中冷器研究现状  11-15
    1.2.1 国外中冷器研究现状  11-12
    1.2.2 国内中冷器研究现状  12-15
  1.3 计算机仿真在柴油机中冷器性能研究的应用  15-16
  1.4 本文的主要内容  16-17
  本章小结  17-18
第二章柴油机中冷器的结构设计  18-31
  2.1 柴油机涡轮增压技术  18-21
    2.1.1 涡轮增压的基本概念  18
    2.1.2 涡轮增压的技术现状  18-21
    2.1.3 涡轮增压的发展趋势  21
  2.2 柴油机中冷技术  21-27
    2.2.1 柴油机中冷的目的  21-22
    2.2.2 柴油机中冷器的类型  22-24
    2.2.3 柴油机中冷器的结构  24-26
    2.2.4 柴油机中冷器的设计要求  26-27
  2.3 DF_(4C)内燃机车柴油机用中冷器结构参数  27-28
  2.4 中冷器结构改进方案  28-30
    2.4.1 影响中冷器散热性能的几个因素  28-29
    2.4.2 改进设计方案  29-30
  本章小结  30-31
第三章 CFD数值仿真模拟简介  31-42
  3.1 计算流体动力学简介  31-37
    3.1.1 计算流体动力学的概念  31
    3.1.2 计算流体动力学的研究及发展  31-34
    3.1.3 计算流体动力学的优缺点  34
    3.1.4 计算流体动力学的模拟过程  34-37
  3.2 所用软件UG和Fluent的介绍  37-41
    3.2.1 UGNX4.0简介  37-38
    3.2.2 Fluent简介  38-41
  本章小结  41-42
第四章基本方程和仿真  42-53
  4.1 描写流动与传热的控制方程  42-44
    4.1.1 质量守恒方程  42-43
    4.1.2 动量守恒方程  43-44
    4.1.3 能量守恒方程  44
  4.2 热量传递的三种基本方式  44-45
  4.3 湍流模型  45-46
  4.4 数值计算方法  46-47
    4.4.1 有限容积法  46-47
    4.4.2 流场计算的SIMPLE算法  47
  4.5 边界条件的设置  47-49
    4.5.1 入口边界条件  48
    4.5.2 出口边界条件  48
    4.5.3 壁面边界条件  48-49
    4.5.4 中冷器芯部的处理  49
  4.6 中冷器空气区数值仿真  49-52
    4.6.1 计算所用模型建模及简化  49-50
    4.6.2 网格划分  50-52
  本章小结  52-53
第五章中冷器冷却管间距空气流量的影响  53-70
  5.1 冷却管间距的影响  53-64
    5.1.1 压力随冷却管间距的变化  53-56
    5.1.2 温度随冷却管间距的变化  56-58
    5.1.3 速度随冷却管间距的变化  58-60
    5.1.4 传热系数随冷却管间距的变化  60-61
    5.1.5 计算结果分析  61-64
  5.2 空气流量的影响  64-68
    5.2.1 压力随空气流量的变化  64-66
    5.2.2 温度随空气流量的变化  66-67
    5.2.3 传热系数随空气流量的变化  67-68
  5.3 计算结果汇总与分析  68-69
  本章小结  69-70
第六章全文总结与展望  70-72
  6.1 全文总结  70
  6.2 工作展望  70-72
参考文献  72-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-75
致谢  75

柴油机中冷器CFD数值仿真研究

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