发动机冷却水腔内沸腾传热及其对气缸盖热负荷影响的研究

摘要

为了实现发动机冷却水腔内沸腾状况的有效预测与合理控制,笔者以车用天然气发动机为研究对象,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的气固液多场耦合仿真系统,并在此基础上结合试验测量与数值模拟,分析了发动机在不同冷却液温度与不同冷却系统压力下冷却水腔内的沸腾状况及其对气缸盖热负荷的影响趋势.结果表明,单纯地降低冷却液温度或提高冷却系统压力可以提高冷却系统的抗气蚀能力,然而,过低的冷却液温度与过高的冷却系统压力削弱了冷却水腔内的沸腾状况,导致气缸盖热应力有所增大,使其热疲劳强度有所降低；分析结果进一步表明,通过同时提高冷却液温度与冷却系统压力可以强化冷却水腔热关键区域的沸腾状况,从而在保证冷却系统抗气蚀压力的前提下降低气缸盖承受的热应力与气缸盖的热负荷水平.