基于CFD的柴油机气缸套冷却水空化特性数值分析.pdf

内燃机学报
第28卷(2010)第4期Vol．28(2010)No．4
TransactionsofCSICE

文章编号:1000-0909(2010)04-0368-0628-057

基于CFD的柴油机气缸套冷却水空化特性数值分析*

夏冬生，张会臣，张信伟
(大连海事大学机械工程系，辽宁大连116026)

摘要:基于计算流体力学(CFD)方法对某型柴油机气缸套主推侧冷却水流场的空化动力学特性进行非定常
数值模拟。通过观察缸套壁振动过程中冷却水腔内流场压力、水蒸汽汽含率和流速变化，分析了冷却水流场
空化特性，研究了相关参数对模拟结果的影响。结果表明，缸套壁附近流场的绝对压力和水蒸汽汽含率均具
有周期性变化特性，且与缸套壁的振动周期一致。振幅较大区域为缸套外壁面的中上区域，此处高、低压差较
大(达到312．35kPa)，低压在水的饱和蒸汽压附近，汽含率在4．7%～0．5%剧烈变化，此位置为冷却水主要空
化区域。缸套振幅、振动频率和水温是影响冷却水空化特性的主要因素。振动频率和振幅分别增大30%，最
大振幅壁面处高压分别增加50%和10%，流场空化程度增大。缸套壁振动的速度和加速度是影响流场空化程
度的关键因素。
关键词:缸套;空化;计算流体力学;流场分析
中图分类号:TK428文献标志码:A

NumericalSimulationofCooling-WaterCavitationofDieselEngineCylinderLinerbyCFD
XIADong-sheng，ZHANGHui-chen，ZHANGXin-wei
(DepartmentofMechanicalEngineering，DalianMaritimeUniversity，Dalian116026，China)
Abstract:Theunsteadynumericalsimulationofcooling-watercavitationinmajorthrustsideofcylinder
linerisperformedbycomputationalfluiddynamics(CFD)inadieselengine．Cavitationcharacteristicsof
waterflownearthelinerwallareanalyzed．Theeffectsofrelatingfactorsoncavitationcharacteristicsare
investigated．Resultsshowthattheabsolutepressureandvolumefractionofvapor，onthelinerwall，vary
periodicallyinconsistencewithvibrationoflinerwall．Maximumpressuredifferencebetweenhighandlow
pressuresappearsatthemaximumdeformedwall，i．e．atmiddleupperlocation．Pressuredifferencerea-
ches312．35kPaandlowpressureisaroundthesaturatedvaporizationpressureatthislocation．Volume
fractionofvaporvariesgreatlywithin4．7%-0．5%，andbecomesthemaincavitationerosionzoneofthelin-
er．Watertemperature，vibrationfrequencyandamplitudeofcylinderlinerarethemainfactorsaffecting
cavitationofcoolingwater．Thehighpressure，onthemaximumdeformedwall，increasesby50%and
10%respectivelyasvibrationfrequencyandamplitudeincreaseby30%．Astemperatureincreasesfrom40
℃to80℃，thehighvaporratiodecreasesby45%andlowvaporratioincreasesby1．1%onthemaxi-
mumdeformedwall．Vibrationspeedandaccelerationoflinerwallarethekeyfactorsaffectingcavitation
ofwaterflownearthelinerwall．
Keywords:Cylinderliner;Cavitation;Comput