Ảnh hưởng của diện tích squish của đầu piston đến sự truyền nhiệt hỗn loạn trong động cơ đốt trong

Emerald - Tập 11 Số 1 - Trang 76-97 - 2001
Horng‐Wen Wu1, Shiang‐Wuu Perng1
1Department of Naval Architecture and Marine Engineering, National Cheng Kung University, Tainan, Taiwan, Republic of China

Tóm tắt

Một chương trình máy tính hai chiều định hướng đối xứng sử dụng mô phỏng dòng chảy lớn (Large Eddy Simulation - LES) và phương pháp SIMPLE-C kết hợp với các phương pháp градиент liên hợp đã được áp dụng để nghiên cứu dòng chảy hỗn loạn trong các chu trình nén-mở rộng cho nhiều hình dạng buồng đốt khác nhau dưới điều kiện thực tế của động cơ. Phần trăm diện tích squish của đầu piston được thay đổi (SQ = 0% cho mô hình piston phẳng, SQ = 46% cho mô hình piston chậu nông và SQ = 76% cho mô hình piston chậu sâu) tại các tốc độ động cơ (500∼1.500 vòng/phút) nhằm mục đích điều tra hiệu suất truyền nhiệt. So sánh đã được thực hiện giữa các kết quả dòng nhiệt hiện tại và các kết quả thực nghiệm, số liệu trước đó. Kết quả cho thấy phương pháp số có thể dự đoán sự hỗn loạn với độ chính xác hợp lý. Kết quả cho thấy cấu hình đầu piston với phần trăm diện tích squish có thể làm tăng rõ rệt dòng nhiệt bề mặt của các ranh giới tường trong động cơ hồi chuyển.

Từ khóa

#Diện tích squish #truyền nhiệt #mô phỏng dòng chảy lớn #động cơ đốt trong #phương pháp SIMPLE-C

Tài liệu tham khảo

Amsden, A.A., Ramshaw, J.D., O’Rourke, P.J. and Dukowicz, J.K. (1985), “KIVA: a computer program for two‐ and three‐dimensional fluid flows with chemical reactions and fuel sprays”, Los Alamos National Lab. Report, LA‐10245‐MS, Los Alamos, CA. Assanis, D.N. and Badillo, E. (1989, Evaluation of Alternative Thermocouple Designs for Transient Heat Transfer Measurements in Metal and Ceramic Engines, SAE 890571. Dao, K., Uyehara, O.A. and Myers, P.S. (1973), Heat Transfer Rates at Gas‐Wall Interfaces in Motored Piston Engine, SAE 730632. Fureby, C., Tabor, G., Weller, H.G and Gosman, A.D. (1997), “A comparative study of subgrid scale models in homogeneous isotropic turbulence”, Phys. Fluids, Vol. 9 No. 5, pp. 1416‐29. Galperin, B. and Orszag, S. (1993), Large Eddy Simulation of Complex Engineering and Geophysical Flows, Cambridge University Press, Cambridge. Gosman, A.D., Tsui, Y.Y. and Watkins, A.P. (1984), Calculation of Three Dimensional Air Motion Model Engines, SAE 840229. Ikegami, M., Kidoguchi, Y. and Nishiwaki, K. (1986), A Multidimensional Model Prediction of Heat Transfer in Non‐Fired Engines, SAE 860467. Kershaw, D. (1978), “The incomplete Cholesky‐conjugate gradient method for the iterative solution of systems of linear equations”, J. Comp. Phys., Vol. 26, pp. 43‐65. Kondoh, T., Fukumoto, A., Ohsawa, K. and Ohkubo, Y. (1986), An Assessment of a Multi‐Dimensional Numerical Method to Predict the Flow in Internal Combustion Engines, SAE 850500. Lawton, B. (1987), “Effect of compression and expansion on instantaneous heat transfer in reciprocating internal combustion engines”, Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol. 201 No. A3, pp. 175‐85. Morel, T., Wahiduzzaman, S., Tree, D.R. and Dewitt, D.P. (1987), Effect of Speed, Load, and Location on Heat Transfer in a Diesel Engine – Measurement and Predictions, SAE 870154. Raithby, G. and Van Doormaal, I. (1984), “Enhancements of the SIMPLE method for predicting incompressible fluid flows”, Num. Heat Trans., Vol. 7, pp. 147‐63. Smagorinsky, J. (1963), “General circulation experiments with the primitive equations”, Mon. Wea. Rev., Vol. 91, March, pp. 99‐164. Smith, J.R. (1996), An Accurate Navier‐Stokes Solver With an Application to Unsteady Flows, West Virginia University, Morgantown, WV. Tsui, Y.Y. (1991), “A study of upstream weighted high‐order differencing for approximation to flow convection”, Int. J. Numerical Methods in Fluids, Vol. 13, pp. 167‐99. Tu, J.Y. and Fuchs, L. (1992), “Overlapping grids and multigrid methods for three‐dimensional unsteady flow calculation in IC engines”, Int. J. Num. Methods in Fluids, Vol. 15, pp. 693‐714. Van Der Vorst, H. (1992), “BI‐CGSTAB: a fast and smoothly converging variant of BI‐CG for the solution of nonsymmetric linear system”, SIAM J. Sci. Stat. Comput., Vol. 13 No. 2, pp. 631‐44. Wilcox, D. (1993), Turbulence Modeling in CFD, DCW Industries, Inc., Glendale, CA. Woschni, G. and Fieger, J. (1980), Determination of Local Heat Transfer Coefficients at the Piston of a High Speed Diesel Engine by Evaluation of Measured Temperature Distribution, SAE 790834. Yamada, S., Paulsen, H. and Farrel, P. (1989), Heat Transfer Measurements in a Motored Engine, SAE 890313. Yang, J., Pierce, P., Martin, J.K. and Foster, D.E. (1988), “Heat transfer predictions and experiments in a motored engine”, SAE Trans. 881314, Vol. 97, Section 6, pp. 1608‐22.