一种柴油机整机水套空化数据获取方法技术

本申请属于柴油机分析计算及机构设计技术领域，尤其涉及一种柴油机整机水套空化数据获取方法。包括构建柴油机整机水套三维网格模型；基于台架实测和模拟计算确定参数；基于流场流线图确定低流速区；基于死区分布图谱确定易损气缸；定位高含气率区域；基于物理场的变化规律确定压力变化数据；以物理场的变化规律和压力变化曲线为基础，获取曲轴转角变化过程中缸套壁面流场压力变化数据，确定流场内压力临界值相应的位置参数。本申请的柴油机整机水套空化数据获取方法内容简洁简单，便于操作实施，通过针对性的执行设计和数据处理，有效减少处理过程中所需要分析和处理的数据。少处理过程中所需要分析和处理的数据。少处理过程中所需要分析和处理的数据。

【技术实现步骤摘要】
一种柴油机整机水套空化数据获取方法


[0001]本申请属于柴油机分析计算及机构设计
，尤其涉及一种柴油机整机水套空化 数据获取方法。

技术介绍

[0002]柴油机才使用过程中发现普遍存在气缸套和机体壁面出现面积为60mm
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40mm，深度 达4mm～6mm的穴蚀现象，严重影响了柴油主机工作的可靠性与气缸套、机体的使用寿 命。因此在柴油机的设计和改造过程中，人们提出对柴油机气缸套、机体穴蚀机理分析， 以确定柴油机缸套、机体穴蚀产生的原因，便于找出解决穴蚀的办法，提高缸套、机体抗 穴蚀能力。目前普遍认识到气缸套内冷却水空化现象是导致穴蚀的主要原因之一；因此在 穴蚀检测分析以及预防处理过程中，确定空化相关的位置、流场等空化数据是分析穴蚀成 因，定位薄弱区，设计防治措施的重要内容，但由于柴油机工作时内部状态变化快，也不 便于进行直观的测量和观察，因此采用常规方法难以有效获取特定柴油的的空化数据。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于，提供一种操作简单可靠，数据准确率高，能够有效获取柴油机整 机水套空化数据的方法，以便于分析确定设备穴蚀成因和区域，便于进一步优化改进缸套、 机体的抗穴蚀能力。
[0004]为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。
[0005]一种柴油机整机水套空化数据获取方法，包括如下步骤：
[0006]步骤A、构建柴油机整机水套三维网格模型；
[0007]具体是指构建包含进出管路结构、排气缸水套结构、水腔结构的三维模型；所述进出 管路结构应当包含：连接水泵以及水套的主进水管路、连接水腔与增压器以及气缸的进出 管路、与各气缸连接的所有上水孔、出水口；所述水腔结构中应当包含：主腔体、副腔体、 润滑油油路以及各管路接口；
[0008]步骤B、基于台架实测和模拟计算确定参数；
[0009]具体是指，根据柴油机额定工况确定转速、输出功率；基于台架测试方法，获取柴油 机额定工况下入口流速、入口温度、增压器出口压力；基于模拟计算方法，获取上水口出 口温度和上水口出口压力、增压器出口温度；根据实测或经验数据确定各缸壁面温度分布； 根据材料属性以及工艺标准，确定水套壁面粗糙度；
[0010]步骤C、基于流场流线图确定低流速区；
[0011]选择使用标准壁面函数，采用RNG双方程模型作为湍流模型，采用二阶迎风控制方程 离散方法获取包含温度信息，并对壁面及进出口温度采用分段给定方法，获取排气缸水套 底部流场流线图；基于气缸水套底部流场流线图趋势以及冷却水流动变化情况，确定气缸 冷却水低流速区；
[0012]步骤D、基于死区分布图谱确定易损气缸；
[0013]基于前述低流速区分布以及流场流线的分布情况，并结合流场的温度、压力信息进行 吻合对照，确定易损气缸；
[0014]步骤E、定位高含气率区域；
[0015]在标准工况下，以前述易损气缸为对象，对其水流场进行模拟计算，采用空化流模拟 手段，耦合多相流混合物模型，以含气率为参考物理量，确定单缸水套上容易发生气液相 变的区域或部位；
[0016]步骤F、基于物理场的变化规律确定压力变化数据；
[0017]以物理场的变化规律和压力变化曲线为基础，获取曲轴转角变化过程中缸套壁面流场 压力变化数据，确定流场内压力临界值相应的位置参数。
[0018]对前述柴油机整机水套空化数据获取方法的进一步细化或具体实施方式，所述步骤B 中，所述各缸壁面温度分布至少包括：各缸内壁面上端、下端以及外壁面的温度。
[0019]对前述柴油机整机水套空化数据获取方法的进一步细化或具体实施方式，所述步骤C 中，在确定气缸冷却水低流速区时，选择性的以全部气缸中最靠近整个整机水套的入口位 置的气缸、以及独立气缸内背离入流方向的区域来优先确定；同时忽略全部气缸中位于中 间的气缸以及独立气缸靠近相邻气缸连通水腔的区域；对于单缸水套有两个入口的水腔结 构，增选位于中部的一至两个气缸。
[0020]对前述柴油机整机水套空化数据获取方法的进一步细化或具体实施方式，所述步骤F 中，采用如下方法确定相应参数，在曲轴转角变化过程中，获取流场对缸套壁面的压缩作 用，会致其其压力变化曲线；以缸套壁面受压回弹，空间流场涌入时确定含气率下降节点； 在分析过程中对关键区域进行纵向观察，确定关键区域内部空间所关注单缸水套流场分布 情况；具体实施过程中，以关键区垂向平面切割获取的分段切面来抽取数据。
[0021]对前述柴油机整机水套空化数据获取方法的进一步细化或具体实施方式，所述步骤E 中，对于属于高含气率的关键区域，在进行后序处理时，将所关注的关键区域在网格文件 下单独定义为一个边界面，以便在后续查看结果时可以单独显示关键区域具体结果数值， 此数值为整个关键区域面的平均值；将新的网格文件导入FLUENT软件后，对于其他边界 条件的设置不变，只是对于单独定义的关键区域面多设置一次，且设置保持不变；因此在 最后结果查看时，通过只显示关键区域面，来重点查看关键区域的数值结果；此方法还可 用于其他需要关注的部位。
[0022]对前述柴油机整机水套空化数据获取方法的进一步细化或具体实施方式，所述步骤E 中，由于冷却水的的压缩性较差，因此在仿真过程的初期进行试运行，直至初始阶段随曲 轴转角的振荡区期完全度过，压力波动将呈现周期性的变化后在进行后续操作。
[0023]其有益效果在于：
[0024]本申请的柴油机整机水套空化数据获取方法内容简洁简单，便于操作实施，通过针对 性的执行设计和数据处理，有效减少处理过程中所需要分析和处理的数据，减少数据处理 流程，提高可操作性，通过前述方法能够更简单高效的确定柴油机整机水套内部空化现象 的重点关注区以及运行过程中相关区域的流场和压力变化数据。
附图说明
[0025]图1是柴油机整机水套横剖面示意图；
[0026]图2是模拟测试中整机水套速度流场分布云图；
[0027]图3是单缸水套基准工况下压力变化曲线图；
[0028]图4是单缸水套基准工况下含气率变化曲线图；
[0029]其中附图标记包括：水腔2、空气总管3。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例对本申请作详细说明。
[0031]柴油机普遍存在气缸套和机体壁面穴蚀现象，严重影响了柴油主机工作的可靠性与气 缸套、机体的使用寿命。为此本申请提供了柴油机整机水套空化数据获取方法，用于在产 品研发设计以及使用过程中，检测和预测导致穴蚀问题的空化现象的发生区域和相应区域 工作室的流畅数据等内容，便于设计和维护人员快速定位和分析穴蚀成因，更好的提出解 决方案，以保证设备的稳定性。
[0032]一种柴油机整机水套空化数据获取方法，包括如下步骤：
[0033]步骤A、构建柴油机整机水套三维网格模型；
[0034]具体是指构建包含进出管路结构、排气缸水套结构、水腔结构的三维模型；进出管路 结构应当包含：连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柴油机整机水套空化数据获取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、构建柴油机整机水套三维网格模型；具体是指构建包含进出管路结构、排气缸水套结构、水腔结构的三维模型；所述进出管路结构应当包含：连接水泵以及水套的主进水管路、连接水腔与增压器以及气缸的进出管路、与各气缸连接的所有上水孔、出水口；所述水腔结构中应当包含：主腔体、副腔体、润滑油油路以及各管路接口；步骤B、基于台架实测和模拟计算确定参数；具体是指，根据柴油机额定工况确定转速、输出功率；基于台架测试方法，获取柴油机额定工况下入口流速、入口温度、增压器出口压力；基于模拟计算方法，获取上水口出口温度和上水口出口压力、增压器出口温度；根据实测或经验数据确定各缸壁面温度分布；根据材料属性以及工艺标准，确定水套壁面粗糙度；步骤C、基于流场流线图确定低流速区；选择使用标准壁面函数，采用RNG双方程模型作为湍流模型，采用二阶迎风控制方程离散方法获取包含温度信息，并对壁面及进出口温度采用分段给定方法，获取排气缸水套底部流场流线图；基于气缸水套底部流场流线图趋势以及冷却水流动变化情况，确定气缸冷却水低流速区；步骤D、基于死区分布图谱确定易损气缸；基于前述低流速区分布以及流场流线的分布情况，并结合流场的温度、压力信息进行吻合对照，确定易损气缸；步骤E、定位高含气率区域；在标准工况下，以前述易损气缸为对象，对其水流场进行模拟计算，采用空化流模拟手段，耦合多相流混合物模型，以含气率为参考物理量，确定单缸水套上容易发生气液相变的区域或部位；步骤F、基于物理场的变化规律确定压力变化数据；以物理场的变化规律和压力变化曲线为基础，获取曲轴转角变化过程中缸套壁面流场压力变化数据，确定流场内压力临界值相应的位置参数。2.根据权利要求1所述的一种柴油机整机水套空化数据获取方法，其特征在于，所述步骤B中，所述各...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萍，王东玉，张博，徐武，成晓北，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：