车用内燃机冷却系的流动与传热仿真
文章编号:1000-0925(2003)04-001-05
240063
车用内燃机冷却系的流动与传热仿真
赵以贤,毕小平,王普凯,刘西侠
(装甲兵工程学院机械工程系,北京100072)
Simulation of H eat T ransfer and Coolant Flow in Cooling System
of V ehicle Internal Combustion Engine
ZHAO Yi 2xian ,BI Xiao 2ping ,WANG Pu 2kai ,L IU Xi 2xia
(Department of Mechanical &Engineering ,Armored Force Engineering Institute ,Beijing 100072,China )
Abstract :In this paper ,it is forward that simulation method for heat transfer and coolant flow in the
cooling system of a vehicle I.C.engine.The coolant flow is studied by using one 2dimension method.The heat transfer is studied by using lumped parameter method.The coolant flow couples with heat transfer as a system ,and the whole model of heat transfer and coolant flow are founded.The computational program is worked out.The heat transfer and coolant flow in cooling system of certain type of tank I.C.engine is calculated ,and the re 2sult is in good accord with experiment data.
摘要:本文提出了车用内燃机冷却系的流动与传热仿真方法。采用一维的方法研究了车用内燃机冷却系的流动问题;采用集总参数法研究了车用内燃机冷却系的传热问题;将车用内燃机冷却系的流动问题与传热问题耦合起来作为一个系统,进行整体研究,建立了内燃机冷却系的流动与传热问题的整体模型。编制了计算程序。对某型坦克内燃机冷却系的流动与传热进行了实例计算,仿真结果与试验值符合较好。关键词:内燃机;车用内燃机;流动;传热;仿真
K ey Words :I.C.Engine ;Vehicle Internal Combustion Engine ;Coolant Flow ;Heat
Transfer ;Simulation
中图分类号:T K414.2 文献标识码:A
1 概述
在车用内燃机冷却系流动与传热的研究上,以
前是分开研究[1～4],即在研究冷却系的流动时,假定冷却液的物性参数为常量;而在研究冷却系的传热时,则把冷却系内冷却液的流动作为人为的边界条件进行处理。为了更客观地研究车用内燃机冷却系的流动与传热问题,将冷却系的流动与传热耦合起来作为一个系统进行了整体研究。
由于车用内燃机冷却系结构的复杂性,要对其流动与传热进行研究,采用一般的三维流动与传热
收稿日期:2002212202
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50076047)
作者简介:赵以贤(1956-),男,博士生,副教授,主要研究方向为车用内燃机传热与仿真的研究,E 2m ail :zh ao yixian @m https://www.wendangku.net/doc/2118215146.html, 。
数值计算,无论人力还是现有计算机的容量都是难以承受的。车用内燃机冷却系结构特点是以管路
内的流动为冷却系的主要流动形式,所以,对车用内燃机冷却系的流动研究,采用了一维的方法;对车用内燃机冷却系的传热研究,采用了集总参数法。所谓集总参数法是指当固体内部的导热热阻远小于其表面的对流换热热阻时,固体内部的温度趋于一致,以至可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下,好像该固体原来连续分布的质量与热容量汇总到一点上,而只有一个值那样。利用
第24卷(2003)第4期内 燃 机 工 程
Neiranji G ongcheng
Vol.24(2003)No.4
集总参数法解决传热问题时,由毕渥数B i v 必须满
足下列条件:
B i v <0.1M
(1)
式中,M 是与物体几何形状有关的无量纲数。利
用集总参数法研究传热问题,可以大大简化计算。本文将车用内燃机冷却系的流动问题与传热问题耦合起来作为一个系统,进行整体研究,
建立了车用内燃机冷却系的流动与传热问题的整体模型;编制了计算程序;对某型号坦克内燃机稳态条件下冷却系的流动与传热,进行了计算机仿真,并将仿真结果与试验值进行了对比。2 理论模型
2.1 冷却系的流动模型
在内燃机冷却系中,由于各处冷却液的温度不
同,所以,连续方程要考虑冷却液密度的变化。一维定常流动的连续方程为:
ρ1u 1A 1-ρ2u 2A 2=0
(2)
沿程有能量输入的伯努利方程为
Z 1+
p 1ρ1g +α1u 2
1
2g +H p =Z 2+p 2
ρ2g
+α2u 2
2
2g +H wl -2(3)
式中,A 1、A 2为所研究截面的面积;Z 1、Z 2为所研究
截面的高度;p 1、p 2为所研究截面的冷却液的压力;ρ1、ρ2为冷却液的密度;u 1、u 2为所研究截面的冷却液的流速;H p 为水泵的扬程;H wl -2为水头损失。
在缓变流的情况下,可以取α1=α2=1。系统损失:
H w =∑h f +∑h j
(4)
式中,h f 、h j 分别为沿程损失、局部损失,m 。
水泵的理论扬程可用下式计算:
H p =
1
g
u p (u p -
Q wp
2πr p b p tg βp
)
(5)
式中,u p 为叶轮圆周速度;Q wp 为水泵的泵水量;r p
为叶轮半径;b p 为叶轮出口端宽度;βp 为叶轮叶片出口角。
2.2 冷却系的传热模型
2.2.1 内燃机机体一般部件的传热
根据热平衡原理,建立内燃机机体各部件稳态条件下的热平衡方程。内燃机机体各部件,根据其热状况、自身结构和材料的导热系数,分为两种类型:对毕渥数满足Bi v <0.1M 的部件传热计算,直接采用集总参数法,每个部件只建立一个控制方程[5];对其余的部件采用集总参数法时,每个部件分成若干个控制容积,每个控制容积均对应一个控制方程。每个控制容积的毕渥数必须满足关系式(1)。
内燃机机体单个部件的控制方程为
Φgi -Φci +∑Φij -Φai =0
(6)
式中,Φgi 为燃气传给该部件的热量;Φci 为该部件传
给冷却液的热量;Φij 为该部件与相邻部件的换热量;Φai 为该部件传给周围空气的热量。
内燃机部件中每个控制容积的控制方程为
Φij (i -1,j )+Φij (j +1,j )+Φij (i ,j -1)+Φij (i ,j +1)=0(7)
燃气与内燃机部件的换热应用气缸内工作过
程数值计算,求出换热量。瞬时换热系数用Woschni 公式[4]求出。Woschni 公式计算的换热系
数为瞬时值。由于瞬时值与气缸的工作循环有关,而所关心的是循环平均换热量。为了减少计算工作量,可采用平均有效值进行计算。平均有效值可根据换热量等效原理,通过瞬时值求出,即
T gc =∫cyc h gc A i T gc d
θ∫cyc h gc A i d θ(8) h gc =
∫cyc h gc A i d θ∫cyc A i d
θ(9)
式中, T gc 、 h gc 分别为气缸内燃气的平均有效温度、平均有效对流换热系数。
由于车用内燃机冷却系多数采用的是冷却液强制循环冷却,所以车用内燃机部件与冷却液的换热主要是对流换热,其换热系数可以采用管内湍流换热实验关联式[6]:
h cc =0.027Re 0.8c Pr 1/3
c
(ηc ηw
)0.14
(λc /d ec )(10)
式中,Re c 为内燃机水道内冷却液流动的雷诺数;
d ec 为内燃机水道的当量直径;λc 、Pr c 分别为冷却液的导热系数及普朗特数;ηc 为冷却液的动力粘度;ηw 为按壁温计算的冷却液的动力粘度。
?2?内 燃 机 工 程 2003年第4期
车用内燃机机体外表面与舱内空气的换热主要是对流换热,其换热系数为[3]
h ae=0.32Re0.675
a Pr 0.4
a
(λa/l e)(11)
式中,Re a为内燃机周围空气流动的雷诺数;l e为内燃机外表的特征尺寸;Pr a、λa分别为空气的普朗特数及导热系数。内燃机机体部件与部件之间的换热量按导热定律进行计算。
2.2.2 散热器的传热
散热器的传热可采用ε-N TU法[2,6],其传热量、传热效能及传热单元数分别为(以顺流为例):
Φ
r
=εr(q m c p)min(T ci-T ai)(12)
ε
r =
1-exp{(-N TU)(1+(q m c p)min/(q m c p)max)}
1+(q m c p)min/(q m c p)max
(13)
N TU=k r A r/(q m c p)min(14)
式中,q m为流过散热器冷却介质的质量流量;c p为冷却介质的比热;T ai、T ci分别为散热器入口空气的温度和冷却液的温度;k r为散热器的总传热系数;
A r为散热器的总散热面积。
2.2.3 冷却系中各部分冷却液的传热
冷却系中各部分冷却液不但与内燃机机体各部件有热交换而且随冷却液的不断流动,冷却系中各部分冷却液之间还有质量和热交换根据热力学第一定律,可写出冷却系中各部分冷却液的控制方程:
q c c pc(T ci-T co)-Φc-en=0(15)
式中,Φc-en为冷却液与内燃机机体各部件的换热量;q c为冷却液的质量流量;T ci-T co为冷却液进出口的温差。
3 求解策略
车用内燃机冷却系往往是多支路循环系统,其流动的能量方程组是一非线性方程组,因此采用牛顿迭代法[7]进行了相应的计算。
在冷却系传热的控制方程中,由于材料及冷却介质的物性参数与温度有关,所以冷却系各部件及各控制容积的控制方程均为非线性。但由于物性参数随温度的变化比较慢,因此,冷却系传热的控制方程组的非线性度不太大。根据这一特点,采用准线性化的处理方法,将方程组的求解过程分为内外层循环迭代。内层迭代把物性参数作为常量处理,外层迭代修正物性参数,双重迭代收敛后,即可得到上述非线性方程组的解。
由于冷却系的流动与传热耦合在一起,要比较准确地算出其结果,还需将流动模块与传热模块进行反复迭代,迭代收敛后,即可得到冷却系流动与传热的解。
4 计算结果
应用以上方法编制了计算程序,并对某型坦克内燃机冷却系的流动与传热进行了计算机仿真。
4.1 冷却系的流动计算结果
冷却系各处冷却液的流速及流量与内燃机的工况有关,表1显示了内燃机处于标定功率及最大扭矩工况时,冷却系各处冷却液的流速及流量。4.2 冷却系的传热计算结果
内燃机冷却系的传热不但与内燃机的工况有关,还与大气温度、大气压力有关。
表1 冷却系各处冷却液的流速及流量
内燃机工况标定功率最大扭矩机体水道内冷却液流速,m/s 1.0820.754
气缸盖水道内冷却液流速,m/s 1.1820.786
水散热器内冷却液流速,m/s 1.746 1.217
机体水道内冷却液流量,L/s 2.665 1.888
气缸盖水道内冷却液流量,L/s 3.998 2.788
水散热器内冷却液流量,L/s7.996 5.575
图1显示了大气温度为20°C、大气压力为1个标准大气压、该机沿外特性工作时,气缸套及气缸盖的温度与转速间的关系。从标定功率转速到最大扭矩转速,单缸喷油量逐渐增加,致使气缸内压力也逐渐增加。由于喷油量的逐渐增加,使过量空气系数降低,燃烧变差,燃气的平均温度升高,所以部件的温度也升高。
图2显示了大气温度为20°C、大气压力为1个标准大气压该机沿外特性工作时,冷却系内冷却液温度与转速间的关系。从标定功率转速到最大扭矩转速,由于部件温度逐渐升高,再加上冷却液的流速变低,散热器的散热量减少,从而导致冷却液的温度升高。
?
3
?
2003年第4期 内 燃 机 工 程
图1 不同转速下内燃机有关部件温度
□—□气缸盖温度
222
缸套温度
图2 不同转速下冷却液的温度
□—□气缸盖内冷却液
222 机体内冷却液
○?-?○散热器内冷却液
表2显示了大气温度为20°C 、大气压力为1个标准大气压、该机沿外特性工作时,各部件向动力舱的散热量与转速间的关系。从表中可以看出,水散热器的散热量随转速的升高而增加,这主要是由于冷却液的流量及水散热器处空气的流速随转速的升高而增加所致。由于部件的温度随转速的升高而降低,所以机体有关部件向动力舱的散热量随转速的升高而减少。
表2 不同转速下各部件向动力舱的散热量
内燃机转速,r/min 140016001800
2000气缸盖散热量,kW 0.1520.1380.1260.120机体散热量
,kW 0.4320.3620.3070.272上曲轴箱散热量,kW 0.2910.2550.2280.213水散热器散热量,kW
208.41
218.36
227.95
240.46
图3显示了大气压力为1个标准大气压该机
在标定功率工况下工作时,有关部件温度与大气温度间的关系。当大气温度升高时,空气密度降低,在喷油量不变的前提下,充气系数降低,导致后燃时期增加,气缸内燃气的平均温度也相应增加,所以有关部件温度随大气温度的增加而增加。
图3 不同大气温度下内燃机有关部件温度
□-?-□气缸盖内层
?-? 气缸外层
○—○活塞顶部 ◆222◆活塞裙部
图4显示了大气压力为1个标准大气压、该机
在标定功率工况下工作时,冷却系内各处冷却液温度与大气温度间的关系。当大气温度升高时,由于部件温度随大气温度的升高而升高,所以冷却系内各处冷却液的温度也随大气温度的升高而升高。
图4 不同大气温度下冷却系内冷却液温度□222□气缸盖内冷却液 — 机体内冷却液○?-?○散热器内冷却液
图5显示了大气温度为20°C 该机在标定功率工况下工作时,冷却系内冷却液温度随大气压力的
变化关系。当大气压力降低时,空气密度降低,在
?4?内 燃 机 工 程 2003年第4期
喷油量不变的前提下,过量空气系数降低,导致后燃时期增加,气缸内燃气的平均温度也相应增加,所以冷却系内冷却液温度也随大气压力的降低而升高。当大气压力降到70kPa 时,该机已经出现过热现象
。
图5 不同转速下冷却液的温度
□—□气缸盖内冷却液
222 机体内冷却液
○?-?○散热器内冷却液
表3显示了大气温度为20°C 、该机在标定功率工况下工作时,各部件向动力舱的散热量随大气压力的变化关系。当大气压力降低时,由于有关部件温度随大气压力的降低而升高,进一步导致有关部件向动力舱的散热量也相应增加。水散热器的散热量,从空气流动的角度来说,随大气压力的降低而减少,但对冷却液的温度来说,随大气压力的降低,有关部件温度在升高,冷却液的温度也在升高,使水散热器的散热量增加。综合考虑,冷却液的温度升高占了主导地位,所以,水散热器的散热量随大气压力的降低而增加。
表3 不同大气压力下各部件向动力舱的散热量
大气压力量,kPa 71.083.092.0101.325气缸盖散热量,kW 0.1700.1460.1310.120机体散热量,kW 0.5260.4020.3310.272上曲轴箱散热量,kW 0.3640.2760.2490.213排气歧管散热量,kW 0.6170.5600.5290.503水散热器散热量,kW
245.55
243.63
242.01
240.46
表4显示了大气温度为26°C 、大气压力为89.6kPa 、该机沿外特性工作时,计算值与试验值的比
较。从表中可以看出,仿真结果与试验值符合较
好,因此,仿真结果是可靠的。
表4 冷却液带走的热量
内燃机转速,r/min
计算值,kW
试验值,kW 相对误差,%
2000249.046241.890 2.961800234.406230.714 1.601600225.103216.019 4.211400
214.839
207.633
3.47
5 结论
基于一维方法研究车用内燃机冷却系的流动
问题,采用集总参数法研究车用内燃机冷却系的传热问题,并将流动问题与传热问题耦合起来进行综合仿真。其仿真结果的精度能够满足工程要求。但在确定传热单元时,必须使每个控制容积的毕渥数满足关系式:
B i v <0.1M
才能保证计算精度。
对某型坦克内燃机稳态条件下冷却系的流动
与传热,进行了计算机仿真。从仿真结果来看,该型坦克内燃机在标定功率工况工作时,当外界气温较高或外界气压较低,或两者兼而有之时,内燃机会出现过热。这和该型坦克内燃机在夏季使用或在高原地区使用,容易出现过热的实际情况是一致的。参考文献:
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5? 2003年第4期 内 燃 机 工 程
内燃机车冷却系统研究
内燃机车冷却系统研究 摘要：在长期的工作实践中发现目前普遍存在的问题是内燃机车冷却系统散热性能不足，通过增加附加换热器而不改变原来的冷却系统，经过计算分析得出满足换热能力和空间尺寸条件的最优参数．并针对主换热器的不同出水水温，分析了要保证内燃机进口水温相对稳定需进入附加换热器的水流量及该水温与水流量的关系曲线．新系统在具有线性特性的温控阀控制下，可实现根据附加换热器进水温度对其选水流量的自动调节，确保内燃机车的安全平稳运行。 关键词：内燃机车；冷却系统；附加换热器；进水温度；水流量控制 在炎热的夏季，在温度比较高的作业环境下，内燃机冷却系统存在普遍散热不足，当温度过高会严重影响内燃机车的安全运行。随着机车向高速、大功率方向的发展，提出新的冷却方式显得非常重要。根据内燃机车冷却系统的具体条件，在保证机车原冷却系统不变的情况下对其进行改造，研究一个新型方案，解决目前内燃机车出现的问题，以保证使用的安全性和可靠性． 一、方案设计 在温度特别高的情况下内燃机车的冷却系统可以降低650KW的热量，增加28%左右的散热量，即约180kW，这样就可以保证机器出口水温在警戒温度之下。实践证明，内燃机工作水温在80～90℃时内燃机技术性能将维持在最佳状态，且主换热器只可为系统降温10℃，故设定内燃机进口设计水温为80℃．然而内燃机运行温度也不可过低，低于40℃时需采用预热装置对机油、燃油进行预热[4]，因此，当内燃机出水温度低于80℃时即不使用附加换热器．改造后的冷却系统增加了附加散热器，同时采用自动调节系统[5]根据主换热器出水温度调节进入附加换热器的水流量，以有效地降低进入内燃机的循环水温。 冷却系统流程为：从内燃机出来的高温水进入温控阀，当水温低于70℃时，温控阀的副阀门打开，此时循环水全部流入水泵，再被水泵压入内燃机；当水温高于80℃时，温控阀主阀门打开，水流过主换热器时，采用风冷冷却循环水，经一次冷却的循环水流经温控阀2时，由水温的高低来调节主阀门开启的大小。当主换热器出水温度低于80℃时，直接进入水泵；高于80℃时，在温控阀的控制下冷却水以一定流量流经附加换热器，通过风冷降温后再与旁通的冷却水混合，最后由水泵压至内燃机，至此完成一个新的冷却循环。 二、附加换热器设计 根据所研究的内然机车技术运行条件，通过内燃机车主换热器的水流量，经附加换热器带走的热量，附加换热器的设计进口水温℃，内燃机进口设计水温℃．机车在爬坡时车速一般为，进入机车百叶窗的空气流速钞大约为．附加散热器的迎风面积，空气的质量流量，进口温度℃，出口温度℃．
机械原理课程设计单缸四冲程内燃机
机械原理课程设计说明书题目：单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析 二级学院机械工程学院 年级专业 13材料本科班 学号 学生姓名 指导教师朱双霞 教师职称教授
目录 第一部分绪论 (2) 第二部分设计题目及主要技术参数说明 (3) 2.1 设计题目及机构示意图 (3) 2.2 机构简介 (3) 2.3 设计数据 (4) 第三部分设计内容及方案分析 (6) 3.1 曲柄滑块机构设计及其运动分析 (6) 3.1.1 设计曲柄滑块机构 (6) 3.1.2 曲柄滑块机构的运动分析 (7) 3.2 齿轮机构的设计 (11) 3.2.1 齿轮传动类型的选择 (12) 3.2.2 齿轮传动主要参数及几何尺寸的计算 (13) 3.3 凸轮机构的设计 (13) 3.3.1 从动件位移曲线的绘制 (14) 3.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 (15) 3.3.3 凸轮轮廓曲线的设计 (16) 第四部分设计总结 (18) 第五部分参考文献 (20) 第六部分图纸 (21)
第一部分绪论 1.本课程设计主要内容是单缸四冲程内燃机机构设计及其运动分析，在设计计算中运用到了《机械原理》、《理论力学》、《机械制图》、 《高等数学》等多门课程知识。 2. 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能是气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功。再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程。其他过程都是为更好的实现做功过程而需要的过程。四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭；压缩行程时，气缸、内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并做功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。
高等传热学相变导热解(移动边界)
高等传热学导热理论——相变导热（移动边界问题）讨论 第五讲：相变导热（移动边界问题）： 移动边界的导热问题有许多种，本讲只讲固液相变时的导热模型。 5.1 相变换热特点与分类： 特点： (1) 相变处存在一个界面把不同相的物质分成两个区间（实际不是一个面， 而是一个区）。 (2) 相变面随时间移动，移动规律时问题的一部分。 (3) 移动面可作为边界，决定了相变问题是非线性问题。 分类： (1) 半无限大体单区域问题（Stefan Question ） (2) 半无限大体双区域问题（Neumman Question ） (3) 有限双区域问题 5.2 相变导热的数学描述和解： 假定：固液两相内部只有导热，没有对流（适用于深空中相变）。 物性为常量。不考虑密度变化引起的体积变化。 控制方程： 对固相： 2 21s s s t t a x τ ??=?? 对液相： 2 2 1l l l t t a x τ ??= ?? 初值条件：0:s l t t t τ∞=== 边界条件： 0:::s l w l s l s x t ort t x t ort or x t ort t ∞ ===∞≠∞ =?= 在相变界面，热量守恒，温度连续，Q l 为相变潜热： ()():s l s l l l s l p t t d x Q and t t t x x d δτδτλλρτ ??==+==?? 5.2.1 半无限大体单区域问题（Stefan Question ）的简化解： 以融解过程为例： 忽略液相显热， 2 210l l l t t a x τ ??==??，方程解为一直线，由边界条件得： ()/l w p w t t t t x δ =+- 对固相，忽略温差：w p t t t ∞==，即固相温度恒等于相变温度等于初始温度。 由相变处得换热条件求δ的变化规律：
内燃机学第二章第三次作业-答案
第二章内燃机的工作指标 一、填空题（任选10 题） 1. 内燃机指标体系中主要有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标、耐久可靠性指标、排放性指标、强化指标等几类指标。 2. 内燃机强化指标主要有：、、 等。 3. 造成内燃机有效指标与指示指标不同的主要原因是 。 4. 平均有效压力可以看作是一个假想不变的力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所做的功等于每循环所做的有效功 5. 在标定工况下，高速四冲程柴油机的有效燃油消耗率的一般范围为210~285 g/kW.h。 6.汽油机有效效率的一般区间为：0.15~0.32 ；柴油机有效效率的一般区间为：0.3~0.42 。 7.从内燃机示功图上可以得到的信息包括：内燃机工作循环不同阶段中的压力变化、进气行程中的压力变化、排气行程中的压力变化等。 8. 增压柴油机的示功图与非增压相比，主要不同点有：、等。 9. 什么动力机械应该用持续功率？；什么动力机械应该用十五分钟功率？。 10. 给出几个能反映普通汽油机特点的性能指标值：、、等。 11. 内燃机的指示指标是指工质对活塞做功为基础的指标；指示功减有效功等于机械损失功。
12. 平均指示压力是一个假想不变的压力，这个压力作用在活塞顶上，使活塞 运动一个膨胀行程 所做的功。 13.发动机转速一定，负荷增加时，机械效率 。 14.测量机械损失的方法主要有 示功图法 、 倒拖法 、 灭缸法 、 油耗线法 几种。 15. 内燃机中机械损失最大的是： 活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失 。 16. 活塞和活塞环的摩擦损失大约占机械损失功率的 45%~65% 。 17. 机械损失的测量方法有： 、 、 等。 18. 当发动机负荷一定，转速降低时，平均机械损失压力 ， 机械效率。 19. 过量空气系数的定义为 燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比，即：10a b m g l φ= 。 20. 过量空气系数a φ=1 表示： 燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量相等 。 21. 内燃机的燃油消耗率和哪两个因素成反比：et η、u H 。 22. 燃料化学能在柴油机内最终分配情况大致为： 热损失 ， 机械损失 ， 输出功 等。 23. 提高内燃机经济性的主要措施有： 采用增压技术 、 合理组织燃烧过程，提高循环指示效率 、 改善换气过程，提高气缸充量系数 、 提高发动机转速 、 提高内燃机机械效率 、 采用二冲程提高升功率 等。
内燃机车冷却系统(风冷、水冷)
内燃机车冷却系统（diesel locomotive cooling system）内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在内燃机车上采取必要的冷却措施，设置一些装置来保证柴油机、传动装置工作时所产生的热量能及时适度地排放到大气中去，使其温度维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高内燃机车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是内燃机车冷却系统的主要任务。 内燃机车的冷却，除电机、电器的通风冷却与空气有关外，其余柴油机冷却水、增压空气、润滑油和液力传动装置传动油等的冷却均与水有关。因此，内燃机车的诸多冷却，可概括分为通风冷却系统和水冷却系统两类。 通风冷却系统为冷却主发电机、牵引电动机和电器专门设置的系统。该系统由通风机、进、排风道以及空气滤清装置等组成。按通风系统的结构特征可分为：自通风式、独立通风式、车内进气式、车外进气式、单独式、集中式和混合式等。自通风式是指通风机在牵引电机内部，安装在电机轴上。独立通风式是指通风机与电机分开安装。牵引电机、电器车内进气的空气温度比大气温度要高，显然，车外进气式牵引电机、电器的散热条件比车内进气式优越。因此，现代内燃机车多采用车外进气式，但在设计上要预先考虑到在恶劣气候条件下改为车内进气的临时措施。内燃机车电机通风系统有三种供风方式：①单独式。主发电机、牵引电动机和硅整流装置各有单独的通风机供给冷空气。②混合式。主发电机和硅整流装置各有一台通风机供给冷空气，而两组牵引电动机则分别有两台通风机集中供给冷空气。中国东风 型内燃机车采用类似混合式的通风方式，其不同点在于主硅整11 流柜与主发电机的通风串联在一起，共用一台通风机冷却。③集中式。主发电机、整流装置和牵引电动机均由一台集中通风机供风。集中通风系统的优点是通风机驱动装置简化，驱动装置的质量减轻，尺寸减小，占用空间少，同时可采用高效率、大容量通风机。其缺点是风道长，流动阻力大，驱动装置消耗功率也相应增大。
浙大高等传热学复习题部分答案
高等传热学复习题 1．简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 不论如何，求解导热微分方程主要依靠三大方法： 理论法、试验法、综合理论和试验法 理论法：借助数学、逻辑等手段，根据物理规律，找出答案。它又分： 分析法；以数学分析为基础，通过符号和数值运算，得到结果。方法有：分离变量法，积分变换法(Laplace变换，Fourier变换)，热源函数法，Green函数法，变分法，积分方程法等等，数理方程中有介绍。 近似分析法：积分方程法，相似分析法，变分法等。 分析法的优点是理论严谨，结论可靠，省钱省力，结论通用性好，便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多，大部分要求几何形状规则，边界条件简单，线性问题。有的解结构复杂，应用有难度，对人员专业水平要求高。 数值法：是当前发展的主流，发展了大量的商业软件。方法有：有限差分法，有限元法，边界元法，直接模拟法，离散化法，蒙特卡罗法，格子气法等，大大扩展了导热微分方程的实用范围，不受形状等限制，省钱省力，在依靠计算机条件下，计算速度和计算质量、范围不断提高，有无穷的发展潜力，能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差，对使用人员要求高，有的结果不直观，所求结果通用性差。 比拟法：有热电模拟，光模拟等 试验法：在许多情况下，理论并不能解决问题，或不能完全解决问题，或不能完美解决问题，必须通过试验。试验的可靠性高，结果直观，问题的针对性强，可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展，试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力，绝大多数要求较高的财力和投入，在理论可以解决问题的地方，应尽量用理论方法。试验法也有各种类型：如探索性试验，验证性试验，比拟性试验等等。 综合法：用理论指导试验，以试验促进理论，是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法(CA T)就是其中之一。 傅里叶定律向量形式说明，热流密度方向与温度梯度方向相反。它可适用于稳态、非稳态，变导热系数，各向同性，多维空间，连续光滑介质，气、液、固三相的导热问题。 2．定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3．什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸？ Schmidt假定：如要得到在给定传热量下要求具有最小体积或最小质量的肋的形状和尺寸，肋片任一导热截面的热流密度都应相等。 1928年，Schmidt等提出了一维肋片换热优化理论：设导热系数为常数，沿肋高的温度分布应为一条直线。Duffin应用变分法证明了Schmidt假定。Wikins[3]指出只有在导热系数和换热系数为常数时，肋片的温度分布才是线性的。Liu和Wikins[4]等人还得到了有内热源及辐射换热时优化解。长期以来肋片的优化问题受到理论和应用两方面的重视。 对称直肋最优型线和尺寸的无量纲表达式分析： 假定一维肋片，导热系数和换热系数为常数，我们有对称直肋微分方程（忽略曲 线弧度）： yd2θ/dx2+(dy/dx)dθ/dx-θh/λ=0 由Schmidt假定，对任意截面x： dθ/dx＝－q/λ＝const
内燃机学课后习题答案(供参考)
2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别？ 答平均有效压力是一个假想不变的压力，其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功，升功率是在标定的工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。区别：前者只反应输出转矩的大小，后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价，它与 Pme 和 n 的乘积成正比。（Pl=Pme·n/30T） 2-6 提升途径：1）采用增压技术，2）合理组织燃烧过程，提高循环指示效率，3） 改善换气过程，提高气缸的充量系数，4）提高发动机的转速，5）提高内燃机的机械效率，6)采用二冲程提高升功率，7）增加排量 2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优缺点及适用场合。 答（1）机械损失组成：1 活塞与活塞环的摩擦损失。2 轴承与气门机构的摩擦损失。3.驱动附属机构的功率消耗。4 风阻损失。5 驱动扫气泵及增压器的损失。 （2）机械损失的测定：1 示功图法：由示功图测出指示功率 Pi，从测功器和转速计读数中测出有效功率 Pe，从而求得 Pm,pm 及ηm 的值。优：在发动机真实工作情况下进行，理论上完全符合机械损失定义。缺：示功图上活塞上止点位置不易正确确定，多缸发动机中各缸存在一定的不均匀性。应用：上止点位置能精确标定的场合。 2 倒拖法：发动机以给定工况稳定运行到冷却水，机油温度达正常值时，切断对发动机供油，将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并且维持冷却水和机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。缺点：1 倒拖工况与实际运行情况相比有差别 2 求出的摩擦功率中含有不该有的 Pp 这一项。 3 在膨胀，压缩行程中，p-v 图上膨胀线与压缩线不重合。 4 上述因素导致测量值偏高。应用：汽油机机械损失的测定。 3 灭缸法：在内燃机给定工况下测出有效功率 Pe，然后逐个停止向某一缸供油或点火，并用减少制动力矩的办法恢复其转速。重新测定其有效功率。则各缸指示功率为（Pr）x=（Pe-Pe）x。总指示功率。Pi=∑(Pi)x。然后可求出Pm 和ηm.优点：无须测示功图，也无须电力测功器。缺点：要求燃烧不引起进排气系统的异常变化。应用：只适用于多缸发动机，且对增压机及汽油机不适用。 4 油耗线法：将负荷特性实验时获得的燃油消耗率曲线延长并求出横坐标的交点，就可得到 Pmm。优点：无须电力测功器和燃烧分析仪。缺点：只是近似方法，低负荷附近才可靠。应用：除节气门调节的汽油机和中高增压的柴油机 3-3.4试述汽油辛烷值和柴油十六烷值的意义。答：辛烷值用来表示汽油的 抗爆性，抗爆性时指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。辛烷值是代
管内湍流传热的类似律
管内湍流传热的类似律 一 湍流边界层的三传过程 在湍流边界层中，除因层流之间相对位移而引起的摩擦切应力 之外，还由于流体质点的不规则运动在层流之间必然要引起的传递过程。以动量传递为例，这种由于湍流混合而引起的切应力称为湍流切应力，用 表示。因而在湍流中， 总切应力可表示成 )11(-+=t l τττ 式中层流切应力 y u l ??=ητ 。而湍流切应力通常比层流的大好多倍，且其值的大小与流动方向上的脉动程度有关。可以证明，平均湍流切应力 )21(''-?=v u t ρτ 式中，u 和'v 分别为x 方向和 y 方向的脉动速度。 设想有一个湍流微团位于平面P-P 上方或下方，到平面的距离为l ，这些微团在参考面前后运动，增强了湍流切应力效应。 在l y +处，速度近似为 dy du l y u l y u +≈+)()( 在l y -处，速度近似为 dy du l y u l y u -≈-)()( 普朗特假定湍流脉动量 是同上述两个量的平均值成正比的，即 dy du l u ≈' 这里的l 称作普朗特混合长度。式（1-2）可以写成 2 2''t M du du u v l E dy dy τρρρ??=?== ??? 式中，dy du l E M 2=称为湍流动量扩散系数，其数值仅取决雷诺数和流动的湍流程
度等因素。据上分析，式（1-1）可以写成 )31()(-+=dy du E M νρτ 仿动量问题的研究，湍流中的热量传递可类似用下式表示 )41()(-+-=dy dT E a c q H ρ 式中，H E 为湍流热扩散系数；a 为热扩散系数。同理，湍流中的A 组分质量传递可类似用下式表示 )51() (,-+-=dy dc E D A D AB A n φ 式中，D E 为湍流质扩散系数。 对于湍流传质问题，由于其机理的复杂性，M E ,D E ,H E 都无法用纯数学方法求得尚不能用分析方法求解，一般用类比的方法或由经验公式计算对流传质系数。现讨论运用质量传递与动量传递、热量传递的类似性，求解湍流传质系数的方法 二 对湍流传热的类比求解 对于湍流传质问题，由于其机理的复杂性，尚不能用分析方法求解，一般用类比的方法或由经验公式计算对流传质系数。现讨论运用质量传递与动量传递、热量传递的类似性，求解湍流传质系数的方法。 1三传类比的概念 动量、热量和质量三种传递过程之间存在许多类似之处，主要体现在以下几点： （1）传递过程的机理类似。 （2）描述传递过程的数学模型（包括数学表达式及边界条件）类似。 （3）数学模型的求解方法类似。 （4）数学模型的求解结果类似。 根据三传的类似性，对三种传递过程进行类比和分析，建立一些物理量间的定量关系，该过程即为三传类比。探讨三传类比，不仅在理论上有意义，而且具有一定的实用价值。它一方面将有利于进一步了解三传的机理，另一方面在缺乏传热和传质数据时，只要满足一定的条件，可以用流体力学实验来代替传热或传质实验，也可由一已知传递过程的系数求其它传递过程的系数。
内燃机学习题及答案
2-1 内燃机的动力性能和经济性能指标为什么要分为指示指标和有效指标两大类？表示动力性能的指标有哪 些？它们的物理意义是什么？它们之间的关系是什么？表示经济性能的指标有哪些？它们的物理意义是什么？它 们之间的关系是什么？答：（1）指示性能指标是以工质对活塞做功为基础的指标。能评定工作循环进行的好坏。有效性 能指标是以曲轴的有效输出为基础的指标，能表示曲轴的有效输出。 （2）动力性能指标：功率、转矩、转速、平均有效压力、升功率。 （3）功率：内燃机单位时间内做的有效功。转矩：力与力臂之积。转速：内燃机每分钟的转数。Pe=Ttq.n/9550 （4）经济性能指标：有效热效率，有效燃油消耗率be 。 （5）有效热效率:实际循环的有效功与为得到此有效功所消耗的热量之比值。 ηet=We/Q1 有效燃油消耗率：单位有效功的耗油量。关系：be=3.6*106/ηet 。Hu 2-4 平均有效压力和升功率在作为评定发动机的动力性能方面有何区别？答平均有效压力是一个假想不变的压力，其作用在活塞顶上使活塞移动一个行程所做的功等于每循环所做的有效功，升功率是在标定的工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。 区别：前者只反应输出转矩的大小，后者是从发动机有效功率的角度对其气缸容积的利用率作出的总评价，它与Pme 和n 的乘积成正比。（Pl=Pme ·n/30T ） 2-5充量系数的定义是什么？充量系数的高低反映了发动机哪些方面性能的好坏？答（1）充量系数每个循环吸入气缸的空气量换算成的进气管状态下的体积。V1与活塞排量Vs 之比（Φc =V1/Vs ）（2）充量系数高地反映换气过程进行完善程度。 2-8 过量空气系数的定义是什么？在实际发动机上怎样求得？ 1）过量空气系数：燃烧1kg 燃料的实际空气量与理论空气量之比。（2）实际发动机中Φa 可由废气分析法求得，也可用仪器直接测得；对于自然吸气的四冲程内燃机，也可由耗油量与耗气量按下式求的（Φa =Aa/BLo ） 2-9 内燃机的机械损失由哪些部分组成？详细分析内燃机机械损失的测定方法，其优、缺点及适用场合。答（1）机械损失组成：1活塞与活塞环的摩擦损失。2轴承与气门机构的摩擦损失。3.驱动附属机构的功率消耗。4风阻损失。5驱动扫气泵及增压器的损失。（2）机械损失的测定：1示功图法：由示功图测出指示功率Pi ，从测功器和转速计读数中测出有效功率Pe ，从而求得Pm,pm 及ηm 的值。优：在发动机真实工作情况下进行，理论上完全符合机械损失定义。缺：示功图上活塞上止点位置不易正确确定，多缸发动机中各缸存在一定的不均匀性。应用：上止点位置能精确标定的场合。 2倒拖法：发动机以给定工况稳定运行到冷却水，机油温度达正常值时，切断对发动机供油，将电力测功器转换为电动机，以给定转速倒拖发动机，并且维持冷却水和机油温度不变。这样测得的倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。缺点：1倒拖工况与实际运行情况相比有差别2求出的摩擦功率中含有不该有的Pp 这一项。3在膨胀，压缩行程中，p-v 图上膨胀线与压缩线不重合。4上述因素导致测量值偏高。应用：汽油机机械损失的测定。 3灭缸法：在内燃机给定工况下测出有效功率Pe ，然后逐个停止向某一缸供油或点火，并用减少制动力矩的办法恢复其转速。重新测定其有效功率。则各缸指示功率为（Pr ）x=（Pe-Pe ）x 。总指示功率。Pi=∑(Pi)x 。然后可求出Pm 和ηm.优点：无须测示功图，也无须电力测功器。缺点：要求燃烧不引起进。排气系统的异常变化。应用：只适用于多缸发动机，且对增压机及汽油机不适用。 4油耗线法：将负荷特性实验时获得的燃油消耗率曲线延长并求出横坐标的交点，就可得到Pmm 。优点：无须电力测功器和燃烧分析仪。缺点：只是近似方法，低负荷附近才可靠。应用：除节气门调节的汽油机和中高增压的柴油机。 3-2 试推导混合加热理论循环热效率的表达式。答： ) /'/()//'(1/1)'()'(11/21Ta Tz Ta Tz k Ta Tc Ta Tz Ta Tb Tz Tz k Tc Tz Ta Tb Q Q t -+---=-+---=-=ηλρρελερλερλερλερλελεεεk k c k c k k c k c k c k c k c k c k c k vb vz Tz Tb Tz Tb Ta Tz Ta Tb vz vz Ta Tz Tz Tz Ta Tz pc pz Ta Tc Tc Tz Ta Tz vc va Ta Tc 010 10110101011111)/1()/(////'//''//)/'(//'/'; )/(/====?===?===?===-----------
内燃机车冷却系统
内燃机车冷却系统 日期：2007-7-9 来源：中华铁道网 内燃机车冷却系统（diesel locomotive cooling system）内燃机运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到柴油机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在内燃机车上采取必要的冷却措施，设置一些装置来保证柴油机、传动装置工作时所产生的热量能及时适度地排放到大气中去，使其温度维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高内燃机车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是内燃机车冷却系统的主要任务。 内燃机车的冷却，除电机、电器的通风冷却与空气有关外，其余柴油机冷却水、增压空气、润滑油和液力传动装置传动油等的冷却均与水有关。因此，内燃机车的诸多冷却，可概 括分为通风冷却系统和水冷却系统两类。 通风冷却系统为冷却主发电机、牵引电动机和电器专门设置的系统。该系统由通风机、进、排风道以及空气滤清装置等组成。按通风系统的结构特征可分为：自通风式、独立通风式、车内进气式、车外进气式、单独式、集中式和混合式等。自通风式是指通风机在牵引电机内部，安装在电机轴上。独立通风式是指通风机与电机分开安装。牵引电机、电器车内进气的空气温度比大气温度要高，显然，车外进气式牵引电机、电器的散热条件比车内进气式优越。因此，现代内燃机车多采用车外进气式，但在设计上要预先考虑到在恶劣气候条件下改为车内进气的临时措施。内燃机车电机通风系统有三种供风方式：①单独式。主发电机、牵引电动机和硅整流装置各有单独的通风机供给冷空气。②混合式。主发电机和硅整流装置各有一台通风机供给冷空气，而两组牵引电动机则分别有两台通风机集中供给冷空气。中国东风11型内燃机车采用类似混合式的通风方式，其不同点在于主硅整流柜与主发电机的通风串联在一起，共用一台通风机冷却。③集中式。主发电机、整流装置和牵引电动机均由一台集中通风机供风。集中通风系统的优点是通风机驱动装置简化，驱动装置的质量减轻，尺寸减小，占用空间少，同时可采用高效率、大容量通风机。其缺点是风道长，流动阻力大， 驱动装置消耗功率也相应增大。 在通用系统中普遍采用网式空气滤清器，也有用旋风式除尘器、玻璃纤维或氯丁橡胶纤维制成的空气滤清器等。空气滤清器安装在车体的侧壁上，安装位置与通风方式和进气系统 有关。 水冷却系统为冷却柴油机的冷却水、润滑油、增压空气和液力传动机车的传动油专门设置的系统。按水冷却系统的结构特征可分为∶①按循环水路分有独立循环水路、单循环水路和双循环水路系统。独立循环水路系统是指柴油机冷却水、润滑油和增压空气的冷却水分别有各自单独的循环水路系统。单循环水路系统是指柴油机、机油热交换器和增压空气的中冷器合用一个循环水路。双循环水路系统中柴油机冷却水为一个循环水路.称为主（高温）循环水路；而机油热交换器和中冷器的冷却水为另一个循环水路，称为次（低温）循环水路。在两个循环水路各有一个水泵，分别称为主水泵和次水泵。②按水温调节分有不可调节式、有限调节式和自动调节式三种。有限调节式为采用离合器驱动冷却风扇，根据冷却水的水温，确定离合器合上或者分离,使冷却风扇转动或者不转动来进行冷却。自动调节式是根据冷却水温度的变化，相应地改变冷却水的流量（冷却水分流），或改变冷空气的流量（改变百叶
内燃机原理课后习题与答案定稿版
内燃机原理课后习题与 答案精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
第一章发动机的性能 1.简述发动机的实际工作循环过程。 1）进气过程：为了使发动机连续运转，必须不断吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。2）压缩过程：此时进排气门关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩、温度。压力不断上升，工质受压缩的程度用压缩比表示。3）燃烧过程：期间进排气门关闭，活塞在上止点前后。作用是将燃料的化学能转化为热能，使工质的压力和温度升高，燃烧放热多，靠近上止点，热效率越高。4)膨胀过程：此时，进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下至点移动而膨胀做功，气体的压力、温度也随之迅速下降。（5）排气过程：当膨胀过程接近终了时，排气门打开，废气开始靠自身压力自由排气，膨胀过程结束时，活塞由下止点返回上止点，将气缸内废气移除。 3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么可采取哪些基本措施 提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。提高工质的绝热指数κ可采取的基本措施是：⑴减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。⑵.采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。⑶采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。⑷加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。⑸优化燃烧室结构减少缸内流动损失。⑹采用合理的配缸间隙，提高各密封面的密封性减少工质泄漏损失。
内燃机车冷却水系统故障现象及分析处理
内燃机车冷却水系统故障现象及分析处理 发表时间：2018-10-01T18:06:33.970Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：孟广进 [导读] 摘要：内燃机车是冶金企业厂内铁路运输的主力军，对于它的常见故障的排除与维修至关重要。 宣化钢铁公司河北张家口 075100 摘要：内燃机车是冶金企业厂内铁路运输的主力军，对于它的常见故障的排除与维修至关重要。本文通过对铁路内燃机车中冷却水系统中的部分故障进行了论述，旨在提高铁路内燃机车的维修效率，降低其成本。 关键词：内燃机；冷却水系统；故障分析 机车工作过程中，柴油机等许多零部件强烈受热，需要强迫冷却，因此设置了冷却水系统。机车的冷却水系统分为高温水和中冷水两个循环系统。随着内燃机车发动机的不断强化,冷却系散热能力必须提高。过去汽车发动机那种封闭式冷却系统已满足不了需要,这是因为水、气不能分离,这样就容易使冷却系中产生气阻,从而影响冷却液的循环与冷却的效果。由于冷却水通常使用了防冻液,冷却液的消耗和浓缩严重,容易造成浪费。内燃机车膨胀水箱位于整个机车的顶部，在整个水系统中加入膨胀水箱，当水膨胀时水进入水箱，不至于把水管或机械胀破。膨胀水箱事先放入水，水不足时膨胀水箱也可起到补充水的作用。作为机车冷却系统中的重要部件，膨胀水箱的故障直接关系到机车能否正常运行，同时，膨胀水箱中水位的变化能够间接反映出机车其它部件的故障。故而膨胀水箱的正确检查对于冷却水系统故障的分析处理至关重要，下面本文就膨胀水箱的部分常见故障做了简略的介绍。 内燃机车冷却水系统工作原理 （1）高温冷却水系统工作原理 柴油机高温水泵从散热器高温部分和膨胀水箱补水管道中吸入冷却水，泵入柴油机高温水系统。冷却水在流经柴油机（包括增压器）时，吸入热量后温度升高，热水经由柴油机排水总管、冷却装置左上集流管，进入散热器水腔，由散热片把热量散发给冷却空气。温度降低后的冷却水，由右上集流管，重由高温水泵吸入，继续循环。 （2）低温冷却水系统工作原理 低温水泵从散热器低温部分与膨胀水箱补水管道中吸入冷却水，泵入柴油机中冷器，吸收增压空气热量，进入机油热交换器与柴油机机油交换热量，然后进入散热器，由散热片把热量散发给冷却空气。温度降低后的冷却水经由止回阀再回入低温水泵，继续循环。 （3）放气及补水管路工作原理 高温水系统在工作过程中，随着冷却水温度的升高，冷却水会发生汽化。同时，在冷却水系统的水腔中有可能存在死角，这部分冷却水也会汽化。为了排出这些汽化水，在柴油机出水总管出口到冷却装置左上集流管入口间管道的最高处，安装1根通往膨胀水箱的常开排气管。在低温水系统中冷器出水管最高处，也有1根通往膨胀水箱的常开排气管。这样，极少部分冷却水连同气体将由这2根排气管进入膨胀水箱，汽化水便可由膨胀水箱的排气口排出。 膨胀水箱底部有2根补水管，分别与高、低温水泵的进口相连。当系统工作时，水泵进口处为低压，膨胀水箱里的水在高度差及大压的作用下，经这2根补水管被吸入水泵，以补充排气管散发的冷却水，从而保证系统的正常工作。 （一）膨胀水箱涨水故障 在机车运行过程中，有时会出现膨胀水箱涨水现象。 原因分析： 出现该故障的可能原因包括以下方面：机车运行中气缸盖、气缸套裂纹、中冷器泄漏，压力空气和燃气窜入水系统，使水位上涨显示假水位。 判断及处理： 首先可逐个甩缸检查，若甩缸后涨水现象消失，证明为该气缸盖或缸套裂纹，这时可以停止该缸工作，维持到段进行更换修理。当以上检查不见水箱水位有变化时，可将中冷器排水阀打开验证，如果有水出现，则确定为中冷器漏水，回段后将中冷器吊下，进行水压试验并进行修补。 （二）燃气并未进入水系统，但水箱涨水 上述膨胀水箱涨水现象为有燃气或中冷器中的气体进入冷却水循环管路，但有时会出现燃气并未进入水系统，水箱却涨水现象。 原因分析： 柴油机放水后再上水时，若直接由水箱上部加水或从车体底部上水，但未按规定开放有关排气阀，水系统中的空气不能排出，启机后空气进入水箱，造成水箱溢水。另外，当水系统内有空气时，会使水泵出口压力低，部分空气仍在水系统内循环，柴油机转速极低时，外界空气极容易进入水系统，造成恶性循环。 处理措施： 因冷却装置处排气阀处于水系统末端，水系统有空气时，此处压力更低，故开启此排气阀也不能将空气排出。这时应将柴油机出水总管与水箱连接管处的截止阀关闭，开启冷却装置处的排气阀，待空气排出后再关闭排气阀，开启截止阀。 （三）膨胀水箱水位下降 除了膨胀水箱水位上涨现象以外，有时会出现膨胀水箱水位下降现象，若这种情况不是循环水系统中的水的正常消耗的话，则要进行故障排除。 原因分析： 出现这种现象的具体原因可能包括以下几方面： 一是高低温水泵故障；二是冷却单节漏水；三是水系统管路漏水；四是气缸盖与气缸套之间的密封垫圈损坏；五是气缸套与水套间的密封圈漏水；六是热交换器内铜管裂纹。 判断及处理： 检查高低温水泵泄水腔下部的管接头，只允许有少量的漏水，但在柴油机最高工作转速下水封每分钟的泄漏量不得超过30滴，如果此处大量漏水则证明水封不良，应拆卸后检修。外观目检冷却单节和水系统管路情况，发现漏水立即修复。外观检查各气缸盖与气缸套之间
对流传热3
第三章 对流传热 一、名词解释 1． 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。 2． 温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。 3． 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。 4． 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。 5． 相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。 6． 强迫对流传热：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。 7． 自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。 8． 大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。 9． 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(θ>90?)时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。 10． 膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角(液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角)θ<90?，凝结 液在壁面上形成一层完整的液膜。 11． 核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表 面传热系数和热流密度都急剧增加。 12． 膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远 小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。 二、填空题 1． 影响自然对流传热系数的主要因素有： 、 、 、 、 、 。 (流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性质) 2． 速度边界层是指 。 （在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。） 温度边界层是指 。 （在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。） 3． 流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐 ，这是由 于 。 （减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚） 4． 温度边界层越 对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越 。 （厚，簿） 5． 流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会 ，这是由于 。 （增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动） 6． 流体横掠管束时，一般情况下， 布置的平均对流传热系数要比 布置时高。 （叉排，顺排） 7． 管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，以 向冲刷方向传热更为强烈。 （横向） 8． 对流传热微分方程式的表达式为 。其中，αx 是 ，λ是 ，Δt 是 ， 0=???? ? ???y y t 是 。 （0=???? ?????-=y x y t t h λ，局部换热系数，流体导热系数，主流流体温度与壁温之差，贴壁处流体的法向温度变化率） 9． 纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是 。
高等内燃机原理答案整理
第一章 第二章 思考题 1．分析上止点误差对内燃机工作过程分析的影响，有几种确定上止点的方法，倒拖示功图法为什么要考虑热力损失角的影响。给出一种确定上止点方法的步骤。P9~13 步骤按照1.静态测定法的步骤 3．直喷式柴油机以动力性、经济性为优化目标和以动力性、经济性、排放x NO 和噪声综合性能为优化目标组织燃烧有什么不同，试分析之。P24~25 图 6．采用稳流气道实验台能进行哪些零部件性能试验试验中测量哪些参数，简介测量方法，用哪些量来评价系统的进气性能 进、排气管，气缸盖，消声器等；测量方法：等压差法，等流量法（分别简述）P35~36 试验中测量的参数：气门升程、气道流动压力降△P 1、气体的体积流量Q 、风速仪转速n D ，流动气体温度t 评价参数：P36 8．汽油机和直喷柴油机采用四气门后，试从影响性能的诸方面探讨与两气门相比有何优点和存在的缺点。(结合第2、3、5等章内容综述)P42、待完善 第三章第四章 思考题 2．使用理想的空燃比特性场（或过量空气系数a φ特性场）会取得怎样的汽油机性能P62对汽油机而言过浓或过稀混合气....~之间（性能）；按负荷、转速变化分析图3-6为什么说是a φ的较理想的特性场（它是综合考虑动力性、经济性、排放性能得出的，当在小负荷，低转速时，为了保证怠速稳定性及起动和加速，应适当加浓混合气~；当汽油机在部分负荷范围内运行时，应供给较稀的混合气~，当发动机在大负荷、高转速运转时，也需要较浓的混合气~）电喷汽油机为什么不采用图3-6模式，而在大部分工况用闭环1≈α模式控制（内燃机学99或高等内燃机原理P62）
11.简述汽油机电控喷油的喷油量控制的实现方法 电控器根据发动机转速和表示发动机负荷的空气流量决定喷油脉宽的基本值，冷却液温度、进气温度等都是用来对喷油脉宽修正的条件参数。喷油量取决于喷油器的开启时间，即由送到喷油器电磁线圈的控制脉宽的宽度决定，因此ECU控制此脉冲宽度就可以控制供油。节气门开度传感器信号对于怠速工况判断、过渡工况喷油量补偿是必须的。p97~P99 欧3、4（国3、4）电控系统有那些基本功能的控制系统。喷油量控制精度有那些影响因素 电控喷油系统、电控节气门系统，电控点火系统，OBD车载诊断系统，怠速控制系统，燃油蒸发系统，二次空气系统等。 喷油量控制精度的影响因素：喷油脉宽，喷油嘴流量分组，冷却水温度，进气温度，空燃比，海拔高度，蓄电池电压，发动机负荷等等。 11．电控技术中，闭环控制与开环控制有什么区别和特点，举一例说明闭环原理。常见的有哪些闭环控制反馈信号是什么 开环控制：为单一方向的流程，无反馈信号。发动机在一定工况下，电控器从传感器得到该工况的各种信息并从内存中找出适合该工况的脉谱，制定各种控制指令送到相应的执行器去工作，至于个执行器是否正确的执行了预定控制，执行后发动机工况是否和控制目标一致，电控器不去检查和比较。 闭环控制则为双向操作，电控器不断地将待控参数与优化的控制目标值进行比较，据此不断地调节输出指令使两者差别达到最小，该系统中一定有反馈信号。闭环控制的精度一定高于开环控制。 常见闭环控制： Φa=1空燃比闭环控制，反馈信号：由氧传感器检测排气中的含氧量 点火控制中的爆燃传感器，反馈信号：压力波脉冲温度 怠速控制：反馈信号：空气流量传感器检测空气流量 六章思考题 4.给出两种确定滞燃期iτ的测试方法，并讨论如何减少iτ的值。 示功图法：根据燃烧始点和针阀升程始点（喷油始点）来确定，两者角度之差以为滞燃期。 放热规律法：根据实测示功图进行数值计算得到燃烧放热规律。 如何减少 压缩温度和压力对滞燃期影响较大。随着压缩温度和压力的提高，滞燃期减少。如增加压缩比使
第9章湍流边界层中的传热
第九章 湍流边界层中的传热 在层流边界层的处理中，只要粘性耗散项可以忽略不计，则能量方程就有着与动量方程相同的数学形式。这时，能量方程的解可直接引用动量方程的解。 在湍流边界层的处理中，我们已经有了动量方程的解。仿层流边界层中能量方程的解法，我们似乎也可以走直接引用湍流动量方程的解的解决途径。 与湍流动量方程一样，湍流能量方程中也有着类似的“封闭”问题。我们可以提出一种模型，以解决湍流能量方程存在着的“封闭”问题的过程中；我们也可以直接引用湍流动量方程解决封闭问题的结论，考察湍流能量方程的类似结论与湍流动量结论之间的关系。本章中的雷诺比拟就属于后一种处理方法。 §9.1湍流边界层能量方程的求解 §9.1.1动量-能量方程的比较 在定常、恒定自由流、全部流体物性处理成常数、忽略体积力和粘性耗散项可以忽略的情况下，湍流动量方程可以表为， 0''=???? ??-????-??+??v u y u y y u v x u u ρμ 湍流能量方程可以表为， 0''=??? ? ??-????-??+??v t y t c k y y t v x t u ρ 以上表示湍流边界层中的动量方程和能量方程在数学表述上具有类似的形式。 §9.1.2 雷诺比拟 在求解湍流动量方程“封闭”问题时，引入了普朗克混合长度理论，以计算' 'v u ， y u l u ??='最大 和 y u kl v ??=' 最大 2 2' '''22 ??? ? ????=?= y u l k v u v u 最大 最大 混合长度定义式如下， 2 2''??? ? ????-=y u l v u 并且有， y l κ= 在求解湍流能量方程的“封闭”问题时，我们也可以引入一种计算' 'v t 的理论。 鉴于动量方程和能量方程在数学表述上具有相似性，我们还可以探索' 'v t 与' 'v u 之间是否存在着一种简单的关系，如果能够找到两者之间所存在的关系，就可以直接引用动量方程求解的结论。 ①因y 方向上脉动速度' v 的存在而引起的有效剪切应力和有效热通量的计算： 动量：() ()v u G G V G y x ++=?