柴油机管路建模沸腾传热模型研究

常用范围为：出口压力0.1MPa-0.25MPa，主流流体温度范围为60℃-95℃，流速范围为0.34m/s-6m/s。本文选用此范围内的流动工况作为仿真工况，在简单矩形管道内的沸腾试验数据对Chen模型进行标定。左边为冷却水入口，右边为冷却水出口，管道水平放置，管道截面尺寸为26mm 14mm，加热面大小为14mm false90mm，加热块选用纯铜材料，在铜块底部采用高频电磁感应进行加热，管道除了与铜块接触的表面外，其它表面进行了绝热处理，对其进行六面体网格划分[4][5]。

3.3 变物性参数处理

为了模型计算准确，将对沸腾传热量计算影响较大的物性参数一定工况范围内多次拟合，将模型计算过程中的物性参数作变物性处理，具体如下。

3.4 Chen模型的标定

本文采用入口流速0.6m/s，出口压力0.8bar，入口水温80℃时的不同壁面加热热流密度的试验数据对Chen模型的系数和指数进行了重新标定，最终的标定结果为：

用标定前后的模型分别计算入口流速0.4m/s，出口压力0.6bar，入口水温80℃，不同壁面加热热流密度时的工况，Chen模型的程序计算流程图如图3.4。将标定前后此工况下的仿真结果与试验结果对比，分别如表3.3和表3.4所示。

上表可知，标定前Chen模型的计算结果与试验结果对比，壁面温度的平均误差为6.236%，壁面传热系数平均误差为5.652%，而标定后的Chen模型计算结果与试验结果对比，壁面温度的平均误差为2.8006%，壁面传热系数的平均误差为4.542%，表明重新标定后，Chen模型的计算精度有了显著提高。

4 结束语

本文采用简单管道强制对流过冷沸腾传热的试验数据，选用同一工况对CHEN模型的沸腾传热模型重新标定，并对比了标定前后模型计算精度。结果表明：分区模型由于采用了关于壁面温度的分段拟合方法，在宽广的温度范围内均具有较高计算精度，研究形成了柴油机实际工况下完整的流动换热计算模型，为柴油机冷却系统的优化控制奠定了基础。

虽然对影响沸腾传热的三个因素进行了分析，但沸腾传热是一个非常复杂的课题，影响因素非常多，后期可以探索加工工艺、表面粗糙度、不同冷却介质等对沸腾传热的影响规律，以建立更加完整和精确的沸腾传热模型。

参考文献

[1]李智.天然气发动机气缸盖热负荷及冷却水腔内沸腾传热研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[2]Helfried Steiner，Alexander Kobor，Ludwig Gebhard.A Wall Heat Transfer Model for Subcooled Boiling Flow[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer，2005（48）.

[3]Ramstorfer F， Stiner H，Brenn G.Subcooled Boiling Flow Heat Transfer from Plain and Enbanced Surface in Automotive Applications[J].Heat transfer，2008（130）： 011-501.

[4]朱東祥.内燃机缸盖冷却通道沸腾换热实验研究[D].武汉：华中科技大学，2013.

[5]刘永丰，王龙飞，杨震寰，等.矩形通道内过冷流动沸腾传热特性试验研究[J].内燃机工程，2014，23（1）： 10-15.

作者简介

高震（1996-），男，汉，山西大同人，湖北工业大学理学院，研究方向：计算机应用技术。

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