纳米流体在内燃机冷却系统中的应用

摘要

冷却系统是内燃机的一个重要组成部分，它工作的好坏直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。目前，随着内燃机动力性能的不断提高，热负荷的急剧增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求。研制高热导率、传热性能好的新型换热工质，对内燃机散热性能的提高具有重要意义。纳米流体作为一种高导热系数的新型传热工质，在强化传热领域具有广阔的应用前景。 本文利用纳米流体可以进行强化传热的特点，将其应用于内燃机的冷却系统内，代替目前内燃机冷却系统所使用的工质，并通过CFD数值模拟的方法分析纳米流体在内燃机冷却中应用价值。本研究选择传统直列六缸柴油机冷却系统作为研究对象，对内燃机冷却系统整体进行三维流动传热计算，计算中先将纯水作为传热工质，分析当前这种冷却系统的三维流动与传热情况。然后分别将浓度为2％的Cu-水、Al-水、Al<,2>O<,3>-水和TiO<,2>-水四种纳米流体作为冷却系统的传热工质进行整体模拟计算。计算结果表明，纳米流体与传统工质相比可以显著提高内燃机的散热性能，并且Cu-水纳米流体的传热能力最好。接着将Cu-水纳米流体作为内燃机冷却系统的传热工质，分别针对Cu粒子浓度为1％～5％的纳米流体进行整体模拟计算。计算结果表明，内燃机的散热量随着纳米粒子浓度的增大而增大。当浓度达到5％时，内燃机的散热量可以提高43.9％。同时，在水中加入Cu纳米粒子后，会引起液体粘度增加以及冷却系统泵功增大等一些问题。当浓度达到5％时，泵功增加6％，与内燃机散热性能的显著提高相比是可以接受的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2纳米技术的发展及其研究概况

1.2.1纳米技术的发展

1.2.2纳米技术应用于润滑中的研究概况

1.2.3纳米技术应用于强化传热中的研究概况

1.3数值模拟方法在内燃机冷却系统研究中的应用与发展

1.3.1数值模拟方法的特点

1.3.2数值模拟方法在内燃机冷却系统中的应用

1.4本文研究的主要内容

2纳米流体强化传热机理及热物性模型

2.1纳米流体强化传热机理

2.2纳米流体的热物性模型

2.2.1纳米流体导热系数模型

2.2.2纳米流体密度、比热和粘度模型

2.3本章小结

3内燃机冷却系统的数值模拟计算

3.1数学模型

3.1.1控制方程

3.1.2计算模型

3.2实体模型建立

3.3计算网格划分

3.4计算方法及收敛准则

3.5边界条件设定

3.6计算结果及分析

3.6.1缸体水套流动与传热分析

3.6.2缸盖水套流动与传热分析

3.6.3冷却系统压降分析

3.7本章小结

4纳米流体强化内燃机传热的数值模拟计算

4.1纳米粒子种类对内燃机散热的影响

4.1.1计算模型的建立、网格划分及边界条件

4.1.2传热工质热物性的确定

4.1.3计算结果及分析

4.2纳米流体浓度对内燃机散热的影响

4.2.1传热工质热物性的确定

4.2.2计算结果及分析

4.3本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢