缸蓋冷卻水的沸騰傳熱模型.pdf

《缸蓋冷卻水的沸騰傳熱模型.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、趙偉蘇鐵熊：缸蓋冷卻水的沸騰傳熱模型5缸蓋冷卻水的沸騰傳熱模型趙偉蘇鐵熊(中北大學(xué))[摘要]針對缸蓋水腔內(nèi)的冷卻水流動沸騰傳熱計算，本文介紹了兩種沸騰傳熱模型。模型認為流動沸騰總傳熱量等于泡核沸騰和單相流對流傳熱之和，介紹了常用的Chen模型，然后介紹了一種基于加權(quán)疊加方法基礎(chǔ)上的，計算過冷流動沸騰傳熱的新模型Franz模型。[關(guān)鍵詞]缸蓋模型沸騰傳熱Chen模型Franz模型1引言當(dāng)發(fā)動機的冷卻液流過冷卻水套時，熱量通過水套壁面?zhèn)鹘o冷卻液，設(shè)計合理的冷卻水套可以對發(fā)動機進行適度冷卻．保證了發(fā)動機

2、關(guān)鍵零部件的溫度分布合理。提高了發(fā)動機的丁作可靠性。由文獻川可知，隨著發(fā)動機冷卻水套壁面溫度與水套內(nèi)冷卻液的飽和溫度之差的變化。水套內(nèi)可發(fā)生對流、核態(tài)沸騰傳熱和膜態(tài)沸騰傳熱．其中核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)換為膜態(tài)沸騰的中間過程為過渡沸騰。發(fā)動機缸蓋內(nèi)傳遞的熱流密度q與△丁關(guān)系曲線如圖l所示。橫坐標為△71(oC)；縱坐標為10qxq(W／cm2)田1氣缸蓋冷卻水套中q與AT關(guān)系曲線圖1中AB段。冷卻水的溫度較低，主要以對流傳熱．為主．當(dāng)壁面溫度繼續(xù)升高時，飽和液體吸收氣化潛熱，在壁面上形成氣泡，傳熱進入沸騰傳熱階

3、段。當(dāng)氣泡生長到一定尺寸時，就脫離冷卻水腔的加熱壁面進入液體容積中。然后遇冷凝結(jié)并消失。一段時間后．壁面上其它氣泡又接著產(chǎn)生、長大和脫離，如此反復(fù)。沸騰過程中，氣泡的運動在冷卻液體內(nèi)部產(chǎn)生了劇烈的擾動，使傳熱顯著增強。C點為熱流密度最大點。被稱為臨界熱流密度。當(dāng)壁面溫度繼續(xù)升高。氣泡形成速度加快。數(shù)目劇增，并相互匯合成一層不穩(wěn)定的氣膜．影響了傳熱，使熱流密度下降．為過渡沸騰階段。當(dāng)氣膜層達到穩(wěn)定狀態(tài)時，即進入了膜態(tài)沸騰階段。此時冷卻水套溫度相當(dāng)高，周體溫度將超過發(fā)動機零部件的溫度限制，容易引起危險

4、，這也是為什么早期發(fā)動機冷卻設(shè)計要將冷卻液的流動限制在強制對流傳熱階段的原因。但是目前發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的設(shè)計人員越來越關(guān)注核態(tài)沸騰的高傳熱性能．發(fā)現(xiàn)利用沸騰傳熱的高溫冷卻性能．可以減小受熱零部件內(nèi)溫度梯度．提高發(fā)動機受熱零部件的可靠性．而且還可以適度減小冷卻液流量及冷卻水腔的容積，從而減小發(fā)動機體積，降低燃油消耗率。因此發(fā)動機冷卻水套內(nèi)的核態(tài)沸騰傳熱現(xiàn)象受到了越來越多的重視。2沸騰模型的選擇兩相流因流動形式及傳熱機理的復(fù)雜性使其一直是研究的熱點問題，描述單相介質(zhì)流動的流動方式常用層流和湍流區(qū)分。這也

5、常被稱為流動機制。沸騰傳熱的研究還停留在簡單模型內(nèi)流動的研究。而發(fā)動機零部件(如缸蓋)內(nèi)沸騰區(qū)域分布各異，流速也各不相同．而且受熱情況復(fù)雜，受熱面傾斜角度多變，使得發(fā)動機內(nèi)沸騰傳熱研究仍不完善，因此，全面了解發(fā)動機內(nèi)流動與傳熱狀況，進行沸騰傳熱研究就顯得非常迫切。目前許多研究人員針對沸騰現(xiàn)象進行了實驗研究并總結(jié)了一些經(jīng)驗公式和計算模型，但是由于沸6內(nèi)燃機與配件2010年第6期騰傳熱的機理復(fù)雜．影響因素眾多，所以一些模型有一定的適用條件．并且與實驗結(jié)果還存在一定的差異。為了使本文針對發(fā)動機冷卻水套的

6、沸騰傳熱研究結(jié)果更加合理。有必要對應(yīng)用在該領(lǐng)域中計算沸騰傳熱的經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行分析比較。從以往的文獻中可以知道，發(fā)動機水套內(nèi)強制對流沸騰傳熱模型大都是圍繞Chen模型開展的。因此本文首先介紹常用的Chen模型．然后介紹一種基于加權(quán)疊加方法基礎(chǔ)上的，計算過冷流動沸騰傳熱的新模型Franz模型121。2．1Chen模型[314]Chen模型是基于疊加原理計算沸騰傳熱的整體模型，他認為傳熱由兩部分組成：在尚未發(fā)生氣泡沸騰的受熱面?zhèn)鳠幔瑢儆趩蜗嗔鲗α鱾鳠?；在已發(fā)生氣泡沸騰的受熱面，則為氣泡沸騰傳熱，總的傳熱量

7、是對流傳熱與沸騰傳熱之和。這種計算方法經(jīng)過計算與實驗比較，公式進一步改進后，計算精度較高，使用范圍較廣，可以適用于從過冷沸騰到強制對流蒸發(fā)區(qū)段．因此被廣泛地應(yīng)用于發(fā)動機冷卻水套內(nèi)發(fā)生的沸騰傳熱計算。其具體的計算公式如下所示：吼聲IIl一(瓦，死m(xù))+

8、Il。(瓦，7乙)S(1)式中，^～為核態(tài)沸騰傳熱系數(shù)，W／(m2℃)；L為流體飽和溫度，qc；S為抑制因子。Chen模型中對流傳熱系數(shù)的計算基于Dittus—Boeher公式：hc．,．---O．023Reo粵ProA(kJD,)(2)式中，以為水

9、流通道中的當(dāng)量直徑。沸騰傳熱系數(shù)可以根據(jù)Forster和Zuber的容積沸騰公式計算：址螋警籬警嚴㈤式中，甜盈為過熱度，℃；咒P=瓦一億；A匕為壓力差，Pa；△只。=只一只。；Pf為液相密度，kg，m3弛為氣相密度，kg]m3；IT為液體表面張力系數(shù)，N／m2；玩為氣化潛熱，J／kg。上式中的只可以按照以下公式近似計算：P。=133．3x108E=7．9一(卷醬)(4)Chen對公式(2)中的雷諾數(shù)進行了修正，修正如下：ReO童=(Ref)08F(5)式中，尺e，為分液相雷諾數(shù)，R