【摘 要】
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随着柴油机功率密度逐步提升,活塞热负荷不断增加,船舶柴油机活塞常采用振荡强化传热方式。本文采用试验和模拟相结合的方法,针对振荡冷却的换热机制进行深入研究。主要研究内容如下:根据某型船舶柴油机的具体结构,搭建活塞热流分析试验台架,以热流密度为指标评估各特征结构处的换热能力,研究发现,越靠近进油口,振荡小腔的换热能力越强;对于靠近进油口的振荡小腔,联接斜油道会降低其换热能力,对于远离进油口的振荡小腔,
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随着柴油机功率密度逐步提升,活塞热负荷不断增加,船舶柴油机活塞常采用振荡强化传热方式。本文采用试验和模拟相结合的方法,针对振荡冷却的换热机制进行深入研究。主要研究内容如下:根据某型船舶柴油机的具体结构,搭建活塞热流分析试验台架,以热流密度为指标评估各特征结构处的换热能力,研究发现,越靠近进油口,振荡小腔的换热能力越强;对于靠近进油口的振荡小腔,联接斜油道会降低其换热能力,对于远离进油口的振荡小腔,联接斜油道能增强其换热能力。为深化研究活塞振荡冷却传热过程,进行共轭传热数值模拟,经与试验数据标定,模拟误差小于5%,可精准预测活塞温度场。结合分析换热系数峰值和冷却腔内机油流动特征,将振荡冷却归纳为三种换热模式。流动换热模式下,机油矢量与油腔流通表面基本平行;振荡换热模式下,机油矢量在油腔顶部形成漩涡形状;射流冲刷换热模式下,机油矢量与油腔顶壁面基本垂直。通过数值模拟研究不同转速、不同进油压力对换热模式的影响规律。在进油压力0.07 bar下,100～300 r/min主要为流动换热模式;500～700 r/min体现出起振状态,主要为流动换热模式与射流冲刷换热模式;900～1700 r/min主要为振荡换热方式与射流冲刷换热模式。在转速1066 r/min下,0.025～0.07 bar主要为振荡换热模式,0.16～0.3bar主要为振荡换热与射流冲刷换热模式,0.5～4 bar主要为射流冲刷换热换热模式。最后,基于特征结构的换热机制进行冷却油腔的结构优化,通过改进斜油道的管径与位置合理分配机油流量,提升了冷却油腔的换热能力。
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