冷却油腔形状对发动机活塞振荡传热效果的影响

2018-07-21

制造业自动化 2018年7期

关键词：效果

（河北科技大学机械工程学院，石家庄 050018）

0 引言

柴油发动机广泛应用于坦克、载重汽车、工程机械等大型、重载机械装置上，随着柴油发动机的功率不断提升，发动机活塞的热损伤失效时有发生[1～3]。为了避免这种问题的发生，保障发动机的安全运行，人们提出了一系类的发动机活塞冷却措施[4～6]，其中振荡冷却应用较为广泛。发动机活塞振荡冷却是指在发动机活塞头部附近设置冷区油腔，在冷却油腔内填充一定比例的冷却油，在活塞往复运动时，冷却油腔内的冷却油不断冲击冷却油腔的各个壁面，产生强烈的湍流从而提高传热效果[7～9]。本文主要针对冷却油腔的截面形状对传热效果的影响开展研究，对于柴油发动机活塞结构设计具有一定的意义。

1 有限元分析

1.1 几何模型

图1为某柴油机活塞的示意图。如图1所示，冷却油腔位于活塞的头部，其形状设计需要从活塞的强度和传热效果两方面考虑。

图1所示的活塞冷却油腔形状一般为一个恒截面回转空腔，空腔内部填充填充部分机油。柴油机工作过程中，随着活塞的往复运动，填充在活塞冷却油腔中的机油在冷却油腔内振荡流动，从而带走活塞顶部的热量。在活塞内填充的冷却油振荡流动的过程中，冷却油与活塞壁面不断发生碰撞，破坏冷却油腔壁面的液体边界层，从而起到强化传热的作用。