活塞内冷油腔及冷却喷嘴初步研究
- 格式：doc
- 大小：2.92 MB
- 文档页数：6
文档推荐
-
发动机活塞冷却喷嘴的设计及开发页数:4
下载文档原格式
合集下载
冷却喷嘴工作原理
冷却喷嘴工作原理
冷却喷嘴（Cooling Nozzle）是一种常用于工业过程中的设备，用于将液体或气体喷射到物体表面，以降低物体温度并进行冷却。
该技术基于热传导原理，通过将冷却介质通过喷嘴喷射到待冷却的物体表面，使其与冷却介质发生热交换，从而降低物体的温度。
冷却喷嘴的工作原理如下：
1. 冷却介质供应：冷却介质可以是液体（如水）或气体（如空气）。
冷却介质通过管道系统输送到冷却喷嘴。
2. 喷嘴构造：冷却喷嘴通常由三部分组成：进口口径、喷嘴体和喷嘴口径。
进口口径用于接入冷却介质的供应管道，喷嘴体是冷却介质通过的通道，喷嘴口径决定了喷射出的冷却介质的速度和流量。
3. 冷却介质喷射：冷却介质通过进口口径进入喷嘴体，受到一定的压力和速度控制，从喷嘴口径喷射出去，形成一个冷却剂射流。
4. 热交换：冷却介质射流喷射到物体表面后，与物体表面接触，发生热交换。
冷却介质吸收了物体的热量，而物体表面被冷却介质冷却下来。
5. 冷却效果：喷射出的冷却介质在与物体表面接触时迅速蒸发或消耗热量，达到冷却物体的目的。
过程中，喷射出的冷却介质也会被加热，需要进行循环冷却或排放。
冷却喷嘴工作原理简单明了，通过喷射冷却介质形成射流和物体表面的热交换，实现物体的冷却。
这种技术广泛应用于各个
行业，包括冶金、化工、能源等，用于降低设备的温度，保证设备正常运行和延长设备使用寿命。
活塞喷油冷却流场数值模拟
活塞喷油冷却流场数值模拟王任信;陆健;李国祥【摘要】近年来,随着柴油机排放及功率要求的提高,柴油机热负荷显著的增加,其中活塞热负荷问题成为柴油机进一步强化的主要限制因素之一.对于高热负荷活塞,通常采用冷却通道的办法来降低活塞温度.使用CFD工具获取表面换热系数已越来越多的用于温度场的计算,本文通过流动计算获取冷却通道壁面及活塞底面的换热系数,并分析喷油冷却流场计算结果,提出改进措施.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】3页(P1-3)【关键词】活塞;冷却油腔;热负荷;流动模拟【作者】王任信;陆健;李国祥【作者单位】山东大学,济南,250061;山东大学,济南,250061;山东大学,济南,250061【正文语种】中文随着内燃机高速化、增压化的发展趋势，活塞热负荷也在不断的加重。
活塞热负荷和热强度问题的解决是提高整机技术水平的关键，直接影响内燃机的耐久性及可靠性。
如何降低活塞热负荷已成为内燃机行业追求高的可靠性过程中所要重视的问题之一。
目前，降低活塞热负荷最有效的办法就是对活塞进行喷油冷却。
本文研究采用具有冷却通道的活塞喷油冷却流场，这种活塞冷却效果较好，因而在大型重负荷柴油机中也得到较多的应用。
这种活塞在活塞头部设置一环形通道，冷却机油通常不充满通道，机油受惯性作用在通道内高频振荡。
由于机油与油腔壁面的相对速度较大，容易形成紊流，故冷却效果好。
目前主要采用有限元软件进行活塞温度场的计算，因而如何准确获取活塞各个面的热边界条件，是活塞温度场计算的关键问题。
目前，获取活塞各个面的热面界条件，通常采用如下方法：（1）活塞冷却通道（环形通道)壁面热边界条件主要采用第三类热边界条件[1]-[3]，冷却通道壁面的强制对流换热系数参照经验公式获取[2]：式中，Ntf为努塞尔数，De为油腔的当量直径，H为冷却通道的平均高度，Re为雷诺数，μf为流动粘度，μw为壁面粘度。
气门冲击淬火调高阳压温度不升原因分析
电源设 备 多采用 Ｇ Ｃ ５２ Ｇ ８ ／Ｂ电子 管 高频 。在 多 家企
业 中 都 发 生 过 电 网 电 压 较 低 时 加 热 时 温 度 过 低 而 调 高 阳 温 度 却 不 升 高 的情 况 。
１ 冲 击 淬 火 和 设 备 及 工 作 过 程 简 介
所 谓 冲 击淬 火 就 是 采 用 很 高 的 功 率 密 度 在 很
图 １ 设 备 结构 框 图
（ ＧＧＣ８ ／Ｂ 的 调 节 器 为 ＫＹ一 ） 的 Ｐ 参 数 和 给 定 电 ５２ １ Ｉ ｆ＝ 第 ４ ］转 ６页１
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ １年 第 ４期
射 系统 的最 高水 平 和发展 方 向 ， 汽车 实现 节能 减 是
排 目标 ．达 到 国 ４及 其 更 高 排 放 法 规 的 关 键 技 术 。
值的 １ １ ． ４倍 ，而 负 载 阳 ＿ 理 论 上 最 高 只 能 达 到 ４ 『 ＝ ｆ ｉ
１ ５倍 。实 际上 ， 于 调节器 移 相 角度 不 足 和 ｊ相 ３ 由
对 称 性 不 好 ，实 际 负 载 阳 压 达 不 到 交 流 有 效 值 的 １ ５倍 ， 对 空 载 几 无 影 响 。 由此 可 知 ， 阳 乐 调 得 ． ３ 而 当 较 高 时 ， 负 载 阳 压 可 能 达 不 到 空 载 时 调 定 的 阳压 ，
周 小 伟
（ 南天雁 机械 有 限责任 公 司） 湖
［ 要］ 摘 内冷 油腔 强 制冷 却是 降低 高强化 柴 油机 活 塞热 负荷 的有 效方 法 ， 内冷 油腔冷 却 对冷 但
却 喷 嘴 及 喷 油 有 着 较 高 的 要 求 ， 文 通 过 介 绍 流 体 特 性 及 内 冷 油 腔 活 塞 对 喷 油 冷 却 的 要 求 ， 要 本 简
活塞强制冷却的研究
活塞强制冷却的研究吴义民徐传民徐涛（山东滨州渤海活塞股份有限公司.国家级企业技术中心; 山东.滨州256602）摘要：内冷油腔强制冷却是降低高强化柴油机活塞热负荷的有效方法，但内冷油腔冷却对冷却喷嘴及喷油有着较高的要求，本文通过介绍流体特性及内冷油腔活塞对喷油冷却的要求，简要阐述了冷却喷嘴设计注意事项及冷却喷嘴喷油试验情况。
关键词：内冷油腔喷嘴强制冷却活塞Preliminary Study on cooling gallery and cooling nozzle of pistonWU Yi-min, XU Chuan-min, XU Tao(Shandong Binzhou Bohai Piston CO.,LTD Binzhou 256602)Abstract:Forced cooling of the oil gallery is the effective way to reduce the heat load of high-enhanced diesel engine piston. However, the oil gallery has high demand on cooling nozzle and injection. This paper makes a brief description of considerations on cooling nozzle design and the injection test describes by introducing the fluid properties and the injection cooling requirements of cooling gallery piston.Keywords: Cooling gallery, Nozzle, Forced cooling, Piston.1、前言随着柴油机的不断强化，活塞的热负荷越来越高，为了满足柴油机的使用要求，整体内冷油腔活塞、钢顶铝裙、整体锻钢、复合材料、铸铁等活塞应运而生，这些高负荷柴油机活塞一般采用内冷油腔设计，冷却机油通过喷嘴喷入冷却油腔，在油腔内振荡吸收活塞热量后流出，从而降低活塞（特别是头部）温度。
活塞顶面加工质量的影响因素分析
封 闭 在车 间 ，把 质 量 问题控 制 在 公 司 内 。Ｑ ９ ｏ ｓ ｏｏ
是 一 个包 括 和 扩展 了 ＩＯ Ｏ Ｏ要 求后 形 成 的专 门 Ｓ ９Ｏ 面 对 汽车 工 业 的 质量 体 系 要求 标 准 。是美 国三 大
金 由于 （ １一 次 晶轴 的二 次枝 晶 间距 大 ， 晶 间 Ａ） 枝 分布 的共 晶组织较 少且不 均匀 ，加工 后形成 的 以 仅 （ Ｉ为 轮廓 的显 微 凸 凹不平 区对光 线 反射 、 Ａ） 散射 作 用不 同而形成 宏观 上 的“ 花斑 ” 雪 。 ３ 活塞 热处理 硬度 的影响 ： 、 热处 理 硬 度 不 同 ，活塞 顶 面 加 工后 的质 量 不
塞 顶 面的加工 质 量 。镁 含量 低 的活 塞加工 后 ， 但 不
顶面 ， 环槽 部 位 也 呈现 均 匀 的花 斑 ， 面光 泽 度 相 表
对较 差 ， 白发乌 。 发
大而深 的刀具加工 活塞后 ， 塞顶面不存 在花斑 ， 活 而 使 用刀尖 圆弧小 ｆ 于 Ｒ） 小 １、排 屑 槽 窄 而 浅 的 刀
液浇 注 出的活 塞 因宏观 晶粒 粗 大而产 生 “ 花斑 ” 雪 。
的加工 曾一度 出现 外观 质量 问题 ，并 困扰 企业 ， 在
一
“ 雪花 斑 ” 出现 ， 观上取 决 于合金 中硬化 的共 晶 的 微 组 织 的软 的 （ １的分 布情 况 。变质 后 的 Ａ — ｉ Ａ） ｌｓ 合
鄂 大举 进军 中国市场 的形势 ，这是华 山一条路 。 经 过无 数 次 论 证 。中原 内 配 审时 度 势 ，提 出 了以 “ 民族业 。领 行业 先 ” 为使 命 ，将 国 际 国 兴
问题 之一 是 质 量 管理 。康 明斯 公 司执 行 的是 Ｑ ９ｏ ｓ ｏ ｏ质 量管 理 体 系 ，与 国内企业 一 般 实行 的 终 端 控 制 不 同 ，实 行 的是 过 程 控 制 、 “ 源 鉴 定 ” 货 管 理 ．强 化 车 间现 场 综合 管 理 。要 求 把 产 品 质量
内燃机轴瓦的储油槽加工工艺计算
图 １
低 于铣 刀 中心 ， 油槽 长 度就 短 些 。如 果 轴 瓦产 品 储
梁炬仁 ： 内燃 机 轴 瓦 的 储油 槽 加 工 工 艺 计 算
１ ７
图纸 是 按 实样 测 绘 的 ，这 时 就 无 法 知 道 铣 刀 的 直 径 。 必 须 计 算 铣 刀 的直 径 ， 则 就 无 法 加 工 储 油 就 否
不但 具 有储 存润 滑 油 的作用 ， 而且 还具 有 储存 垃 圾
实 样进 行测 绘 的 。 这样 要 使加 工 的轴 瓦 符合 产 品 实
样 要求 就更 加 困难 了 ， 做大 量 的 工艺 参数 试 验 工 要 作． 这就 给加 工带来 了不少 困难 。 为 了方 便轴 瓦 加工 ， 轴 瓦储 油槽 加 工工 艺 的 对
：
—
Ｒ…… …… ……轴 瓦产 品 内径 之半 径 参见 图 ２ 该 公式 的求 导如 下 ： ． 在 ＡＥ Ｂ中， Ｂ是 铣 刀 直 径 ， Ａ Ａ Ｅ ／Ｅ Ｂ是 直 角 ，
ＡＤ 上 ＢＥ ，
一
２ Ｒ＋ ２＋ＡＢ２ ａ ａ—
曼（ 璺 ２
… … … … … … … … ．（ ） ６
… … … … … … … … … … …
所 以 ， Ｄ＝ Ｄ・ Ｅ （Ｃ Ｂ ） ｒＤ — Ｃ Ａ Ｂ Ｄ ＝Ｄ ＋ Ｃ（ — Ｃ Ｂ ） ２
＝
２ 、ＤＣ ＢＣ・ ｒＤ（ 广 － ＤＣ＋ ＢＣ・ ＢＣ０ ２ｒ ＿ Ｂ（ Ｄ（—
有 时 产 品 图 纸 上 注有 储 油槽 到 对 口平 面 的 垂
ｌ ６
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ０年第 ９期
内燃机轴瓦的储油槽加工工艺计算
梁 炬 仁
（ 海辉 门轴 瓦制 造有 限公 司） 上
低 于铣 刀 中心 ， 油槽 长 度就 短 些 。如 果 轴 瓦产 品 储
梁炬仁 ： 内燃 机 轴 瓦 的 储油 槽 加 工 工 艺 计 算
１ ７
图纸 是 按 实样 测 绘 的 ，这 时 就 无 法 知 道 铣 刀 的 直 径 。 必 须 计 算 铣 刀 的直 径 ， 则 就 无 法 加 工 储 油 就 否
不但 具 有储 存润 滑 油 的作用 ， 而且 还具 有 储存 垃 圾
实 样进 行测 绘 的 。 这样 要 使加 工 的轴 瓦 符合 产 品 实
样 要求 就更 加 困难 了 ， 做大 量 的 工艺 参数 试 验 工 要 作． 这就 给加 工带来 了不少 困难 。 为 了方 便轴 瓦 加工 ， 轴 瓦储 油槽 加 工工 艺 的 对
：
—
Ｒ…… …… ……轴 瓦产 品 内径 之半 径 参见 图 ２ 该 公式 的求 导如 下 ： ． 在 ＡＥ Ｂ中， Ｂ是 铣 刀 直 径 ， Ａ Ａ Ｅ ／Ｅ Ｂ是 直 角 ，
ＡＤ 上 ＢＥ ，
一
２ Ｒ＋ ２＋ＡＢ２ ａ ａ—
曼（ 璺 ２
… … … … … … … … ．（ ） ６
… … … … … … … … … … …
所 以 ， Ｄ＝ Ｄ・ Ｅ （Ｃ Ｂ ） ｒＤ — Ｃ Ａ Ｂ Ｄ ＝Ｄ ＋ Ｃ（ — Ｃ Ｂ ） ２
＝
２ 、ＤＣ ＢＣ・ ｒＤ（ 广 － ＤＣ＋ ＢＣ・ ＢＣ０ ２ｒ ＿ Ｂ（ Ｄ（—
有 时 产 品 图 纸 上 注有 储 油槽 到 对 口平 面 的 垂
ｌ ６
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ０年第 ９期
内燃机轴瓦的储油槽加工工艺计算
梁 炬 仁
（ 海辉 门轴 瓦制 造有 限公 司） 上
活塞冷却喷嘴原理
活塞冷却喷嘴原理
活塞冷却喷嘴原理，即利用气体将热量从活塞转移到冷却喷嘴以实现活塞的冷却。
活塞冷却喷嘴通常由两个主要部分组成：喷嘴和冷却导管。
在内燃机中，活塞的运动产生了大量的热量。
如果不及时冷却，活塞可能会过热，导致性能下降、磨损加剧甚至引发故障。
为了解决这个问题，活塞冷却喷嘴被设计用来将冷却剂喷射到活塞表面上。
活塞冷却喷嘴的工作原理是基于热传导和冷却剂的喷射。
当活塞在工作时，活塞表面上的热量会通过导热传导进入冷却喷嘴。
冷却喷嘴内部的冷却导管中充满了冷却剂，当冷却剂被喷射出来时，它会吸收活塞表面的热量，进而冷却活塞。
在活塞冷却喷嘴中，冷却剂通常是液体或气体。
常见的液体冷却剂包括水和冷却液，而常见的气体冷却剂则是空气。
当液体冷却剂被喷射到活塞表面时，它会通过蒸发吸收热量，然后蒸汽会由通风孔排出。
而气体冷却剂则通过高速喷射带走热量，然后在环境中冷却。
活塞冷却喷嘴在内燃机中起到了重要的作用，能够有效地降低活塞的温度，提高发动机性能和寿命。
通过冷却喷嘴提供的降温效果，发动机可以更加稳定和可靠地工作，减少了由于过热而导致的问题，如爆破和磨损。
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴工作原理是通过喷射冷却介质来降低活塞的温度，从而保护活塞和活塞环，延长发动机的使用寿命。
活塞冷却喷嘴通常安装在活塞顶部或底部，其工作原理主要包括喷射冷却介质、冷却介质流动和传热三个方面。
首先，喷射冷却介质是活塞冷却喷嘴的关键部分。
冷却介质通常是发动机冷却液或者燃油的一部分，通过喷嘴将冷却介质喷射到活塞表面，以吸收热量，并降低活塞表面温度。
冷却介质的选择取决于具体的工作条件和要求。
其次，冷却介质要保证流动。
冷却介质通过喷嘴进入喷嘴的喷嘴通道，然后喷射出来，覆盖在活塞表面。
喷嘴的设计通常考虑到喷射方向、喷嘴孔径和喷嘴数量等因素，以确保冷却介质能够均匀覆盖活塞表面，并确保足够的冷却效果。
最后，传热是活塞冷却喷嘴工作的关键。
喷射的冷却介质与活塞表面接触后，通过传热的方式吸收热量，降低活塞的温度。
这种传热过程通常是通过对流和传导相结合的方式进行的。
冷却介质的流动可以加强传热效果，提高冷却效率。
总的来说，活塞冷却喷嘴通过喷射冷却介质，在活塞表面形成保护层，吸收热量并降低活塞温度，从而起到保护活塞的作用。
这种冷却方式可以有效降低活塞的热应力，减少活塞的磨损，延长发动机的使用寿命。
某柴油发动机活塞及其内冷油道的设计
144AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计某柴油发动机活塞及其内冷油道的设计王矗1，2 王敬明11.淄博青禾检测科技有限公司 山东省淄博市 2550002.淄博青禾移动源污染排放测试及控制技术研究院 山东省淄博市 255000摘 要： 为了设计出合理的活塞内冷油道，建立了活塞的三维实体模型以活塞及其内冷油道的有限元模型。
通过对数十种内冷油道有限元模型的流场分析，确定了油孔内冷道形状对活塞冷却性能的影响，通过分析活塞整体温度场，确定了内冷油道的安放位置，得到了合理的活塞内冷油道设计方案。
关键词：活塞 内冷油道 CFD 温度场在内燃机的工作过程中，活塞其中非常关键的部位，和发动机的性能有着直接的关系，而活塞的内冷油道又直接影响活塞的冷却和润滑能行，本文通过活塞三维实体建模，用HyperWorks8.0对活塞及其内冷油道进行了有限元前处理，并生成了内冷油道的边界实体网格及内部流体网格，并对活塞内冷油道进行了热流耦合分析，之后在FLUENT 中又对活塞整体进行了温度场分析，得到了不同形式的内冷油道设计对活塞性能的影响。
1 活塞的三维实体建模活塞材料采用ZL109G 硅铝合金，弹性模量E=7100MPa，泊松比μ=0.31，密度ρ=2.68×103kg/m 3，导热系数：236W/m．Ｋ，比热Ｃ＝902J（ｋｇ．Ｋ）。
图1 活塞三维实体限元模型2 活塞的有限元模型将建立好的三维实体模型导入到HyperWorks8.0中对内冷油道进行有限元建模[1]。
先建立内冷油道的表面网格（表面网格必须是封闭的），为提高流体网格的质量进而提高计算精度，内部流体为四面体网格。
生成CFD 网格后，对其定义边界条件，边界条件包括fluid、wall、inflow、outflow 的流体和压强。
进行活塞整体的有限元建模时先建立表面网格，然后生成四面体网格。
生成的活塞及其内冷油道的有限元模型如图1所示。
发动机活塞冷却喷嘴的设计、验证与故障分析浅谈
发动机活塞冷却喷嘴的设计、验证与故障分析浅谈作者：贾新颖来源：《中国科技纵横》2018年第15期摘要：内冷油道活塞的应用越来越广泛，但是针对活塞冷却喷嘴的设计要求与设计方法尚不完善和系统。
本文论述了发动机内冷油道强制振荡冷却活塞喷嘴及其喷嘴阀的设计，包括设计要求、详细设计中各参数的确定及设计验证。
同时，对实际应用中存在的冷却喷嘴的故障情况进行了简要分析及说明。
关键词：内冷油道；强制振荡冷却；冷却喷嘴；冷却喷嘴阀中图分类号：TK40 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0093-02活塞是发动机的核心元件，燃烧发生在活塞的燃烧室内，燃烧产生的爆发压力推动活塞沿缸孔内做往复直线运动。
活塞及活塞相关组件是发动机中工作条件最为苛刻的零部件，发动机的强化程度、大修周期、可靠性与寿命在很大程度上取决于活塞的工作寿命。
随着柴油机强化程度不断提高，单缸功率不断增加，活塞顶部承受较高的热负荷，通过传热计算分析及活塞温度场试验验证，活塞喉口温度最高可以达到360℃～380℃，而且温度分布极为不均匀，温度梯度很大，过高的热负荷容易造成活塞顶部开裂等故障。
这就对活塞顶部的冷却提出了更高的要求，活塞的冷却方法主要有自由喷嘴冷却、振荡冷却、内冷油道强制振荡冷却。
所谓自由冷却，即从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的冷却喷嘴向活塞内腔喷射机油，达到冷却的目的；所谓振荡冷却，即从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内腔的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在环形油槽中产生振荡而冷却活塞。
而目前常用的内冷油道强制振荡冷却是在活塞铸造时，在活塞顶部环槽位置，铸造出油道，机油从布置在机体上的冷却喷嘴，喷入活塞冷却油道的进油孔，通过活塞的运行使机油在油道内循环及振荡，吸收活塞头部热量，最终从活塞的出油孔流出，此结构使机油在活塞的冷却油道内强制流动，以便达到冷却活塞的目的。
由于行业内活塞的设计一般由主机厂委托活塞生产企业进行精细设计，而活塞的冷却喷嘴往往由各主机厂根据自身发动机工作特点，机油压力情况进行设计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
活塞内冷油腔及冷却喷嘴初步研究吴义民徐传民徐涛（山东滨州渤海活塞股份有限公司.国家级企业技术中心; 山东.滨州256602）摘要：内冷油腔强制冷却是降低高强化柴油机活塞热负荷的有效方法，但内冷油腔冷却对冷却喷嘴及喷油有着较高的要求，本文通过介绍流体特性及内冷油腔活塞对喷油冷却的要求，简要阐述了冷却喷嘴设计注意事项及冷却喷嘴喷油试验情况。
关键词：内冷油腔喷嘴强制冷却活塞Preliminary Study on cooling gallery and cooling nozzle of pistonWU Yi-min, XU Chuan-min, XU Tao(Shandong Binzhou Bohai Piston CO.,LTD Binzhou 256602)Abstract:Forced cooling of the oil gallery is the effective way to reduce the heat load of high-enhanced diesel engine piston. However, the oil gallery has high demand on cooling nozzle and injection. This paper makes a brief description of considerations on cooling nozzle design and the injection test describes by introducing the fluid properties and the injection cooling requirements of cooling gallery piston.Keywords: Cooling gallery, Nozzle, Forced cooling, Piston.1、前言随着柴油机的不断强化，活塞的热负荷越来越高，为了满足柴油机的使用要求，整体内冷油腔活塞、钢顶铝裙、整体锻钢、复合材料、铸铁等活塞应运而生，这些高负荷柴油机活塞一般采用内冷油腔设计，冷却机油通过喷嘴喷入冷却油腔，在油腔内振荡吸收活塞热量后流出，从而降低活塞（特别是头部）温度。
冷却喷嘴一般是固定在发动机机体上的冷却装置（也有大型船用柴油机冷却喷嘴在连杆小头上），在活塞作高速往复运动时，将冷却机油喷入内冷油腔内。
本文主要介绍安装在机体上的冷却喷嘴。
2、柴油机活塞对喷油冷却的要求柴油机活塞在工作时不断的从燃烧系统吸收热量，如果要保持活塞有较高的强度，满足柴油机的使用要求，必须将活塞吸收的热量及时地传走。
通常情况下，活塞吸收的热量是通过活塞环、活塞裙部和活塞内腔顶传递。
但对于高强化柴油机活塞，仅靠这些方式已不能满足冷却活塞的要求，需要采用强制喷油冷却。
采用强制冷却条件如下：当活塞顶面功率：≤2.4W/mm2 活塞不采用强制冷却2.4-3.2 W/mm2 活塞采用内腔强制喷油冷却≥3.2 W/mm2 活塞采用冷却油道振荡冷却注：活塞顶面积指的是投影面积，即：活塞直径2π/4活塞内腔强制喷油冷却的柴油机对喷油嘴的要求不高，只要保证喷油量，对冷却喷嘴的发散度和喷射角度没有严格要求。
内冷油腔活塞对喷嘴的要求比较高（如图1所示），要求活塞在下止点时冷却油能够全部喷入，活塞在上止点时大部分冷却油(80%以上）喷入，喷油嘴的喷油量为5-7L/Kw.h，喷射速度大于活塞的最大瞬时速度。
如果冷却喷嘴的冷却油不能够喷入冷却油道或喷入量小，对活塞的冷却非常不利，因为冷却油腔阻止了热量的传递，大图1 活塞喷油冷却示意图量热集聚在活塞顶部，使活塞顶部、第一环槽的温度提高，造成活塞顶部异常膨胀，会引起活塞拉缸，第一环槽温度升高使机油胶结，造成活塞环卡滞等失效模式。
内冷油腔活塞除对喷入油量和油束速度要求外，要提高冷却效果，冷却机油相对内冷油腔壁必须有较高的速度，形成紊流（雷诺数在3000以上）以提高换热系数，所以冷却机油必须在油腔内振荡起来。
要使冷却机油振荡起来，一般采取两种措施：A、冷却油腔有一定的高度，避免扁/圆形设计；B、在油腔内合理的机油充入量，机油充满油腔或充入量过少都不利于活塞的冷却。
3、流体力学相关知识3.1 流体特性简述：流体在实际流动时，流速很低时是层流，当流速较高时则转变为湍流。
其流动方式的转变可以用雷诺数（流体微团上惯性行力与粘性力之比）表示，对于不同的流体、不同流速、不同管径的流体层流转变为湍流和湍流转变为层流的雷诺数是相同的，前者称为上临界雷诺数，后者称为下临界雷诺数，在工程上一般将上、下临界雷诺数取为4000、2100左右，通常以临界雷诺数判断层流还是湍流，即：Re<2100 为层流Re>4000 为湍流2100<Re<4000 为层流和湍流的过度流态粘性流体在管道中流动，紧贴壁面的一层完全贴附于壁面，即相对壁面的速度为零，离开壁面向管道中心，流体速度迅速增加，增加速率的大小取决于相邻流层剪切力的大小。
进口段的流动与进口的形状有着密切的关系，进口形状不是流线型，则流动将发生分离，进入管道的流体相当于绕过一个尖角，进口界面的下游将出现分离区和漩涡区，分离漩涡不断的拖向下游，然后在流动中不断受到阻尼而耗散，这个过程大致要延伸50倍直径的距离；若进口是圆弧型或流线型，进入管道后，由于壁面的滞止作用，壁面附近存在很大的速度梯度，将形成沿管壁的边界层，管壁边界层均匀的增厚，最终建立定性流动区，整个管流变成了完全的粘流。
管道中流动的雷诺数小于2100，则定性流动区是层流。
进口段壁面边界层中的流动也将全部是层流，进口段长度大约为0.055Red（d为管道直径）；若雷诺数大于4000，定性流动区为湍流，进口段的边界层一般先为层流，后转变为湍流，进口段的长度为（20-40）d。
在一般工程计算中，尤其是当管道总长度远大于进口段长度时，通常不单独计算进口段的损失，而将其并入管道总长度中，按定性流动计算损失。
对于高雷诺数的冷却喷嘴将是另一种情况，由于管道短，直到管道出口截面，边界层的厚度相对于直径来说也仍然是一个小量，远没有形成定性流动，管道中除靠近壁面附近的区域外，大部分区域处在边界层以外。
另外发动机使用的机油的粘度有一定的要求，不可以将其看作理想流体，在解决工程中实际流动问题，主要依靠实验数据。
3.2 流体流量的公式：Q=V2*A2 （3-1）Q：冷却油量A2：喷油嘴的截面积V2：喷油嘴出口处的油速依据内冷油腔活塞对喷油量和喷射速度的要求，可以确定不同功况下冷却喷嘴的喷油量和喷射速度，可以计算得出不同功况下的截面积A2，并确定合理的数值作为喷油嘴出口截面积。
根据进、出冷却喷嘴的冷却油量一定得出（如图2）：V 1A 1=V 2A 2 （3-2）3.3能量守恒定律如图2所示，由于冷却机油是由大直径管道进入较小直径管道（现将冷却喷嘴视作最简化，即冷却油由主油道直接进入喷油嘴，但实际工程中，此处由一个三通螺栓转接，调节油量大小。
那么，局部损失因子增多，有ζ1、ζ2、ζ3。
等。
其它局部损失造成的能量损失在此忽略），其局部损失的速度取V 2, 根据公式求得其水头损失：∆h L =ζgV222 ζ-为局部损失因子 （3-3）根据能量守恒公式得出：L h gVP g V P ∆++=+22222211γγ （3-4）γ=ρg∆h L : 米 g ：9.807牛/米3γ：（重度）牛/米3 A ：米2 Q ：米3/秒 P ：牛/米23.4喷油嘴结构对能量损失的影响：喷油嘴所喷射的冷却油是一种粘性液体，与管道存在粘性摩擦，这部分机械能耗散转变的热量，一部分可传导外界，一部分使流体的内能或温度升高，都是不可再加以利用的了，对于冷却喷嘴来说机械能耗散相对较小，可以忽略不计或将其划归水头损失，但从能量守恒与转换的观点来看，能量并没有损失，仅仅是从一种形式转变为另一种形式而已。
工程流体问题中，流体在管流中由于管道截面发生明显变化，管轴线转弯，或流体通过孔板、阀门、管嘴等部件，亦将产生能量损失，但它的发生和影响仅局限在某一部件的附近范围内，故称为局部损失。
因为冷却机油在喷嘴中所流经的距离比较短，并且喷嘴弯角的相对转弯半径大，故可忽略流体的沿程流动损失，流体由主油道突然收缩进入喷油管道所产生的局部损失则不能忽略。
不同结构的喷油口入口结构产生的入口损失因子也是不同的（如图3所示），故应采用圆角过渡，减少局部损失。
但喷嘴出口处不允许圆滑过渡，因为此处圆滑过渡或有倒角会使油束发散，所以此处一般是保留尖角去毛刺。
图2 冷却喷嘴进、出口示意图喷油嘴内壁的粗糙度：不同粗糙度对流体产生的剪切力也是不同的，造成的能量损失也不同，要求在选用材料时，使粗糙度尽量小。
4、活塞运动速度的计算：活塞在气缸内作高速往复运动，对于柴油机一般计算活塞平均线速度，但对于强制喷油冷却要求喷油速度不小于活塞的瞬时最大速度，只有这样在活塞上行时油束才能够“追”得上活塞。
因此需计算活塞瞬时最大速度，根据公式：活塞位移公式：S ≈R ×（1-cos α＋λsin α/2） （4-1） 活塞瞬时速度公式：V ≈R ω×（sin α＋λsin2α/2） （4-2）活塞瞬时加速度：J ≈ R ω2×（cos α+λcos2α） （4-3）V ：活塞瞬时速度 S ：活塞位移R ：曲柄半径 L ：连杆长度α：曲柄转角 ω：角速度=2π×n λ：R/L当活塞加速度J=0时，活塞速度最大。
即：J ≈ R ω2×（cos α+λcos2α）=0 （4-4）cos2α=2 cos 2α-1可得cos α=-λ±λλ+2一般λ范围：（1/3-1/5）将α代入速度公式4-2可得活塞的瞬时最大速度V5、冷却喷嘴流量、流速的计算、喷嘴测量实例（打靶试验）： 5.1 某柴油机参数、冷却喷嘴测量数据 缸径/行程：105mm/130mm额定功率/转速：176Kw/2300rpm 最大扭矩/转速：900N.m/1500 rpm活塞结构：镶环座、异型销孔、内冷油道 连杆长度：210mm表1：发动机台架试验时测得数据图3：喷嘴入口形状对局部损失因子的影响5.2试验室测量冷却喷嘴流量（打靶实验）：为验证所设计/制造的喷油嘴数据的准确性，可在模拟实验台架上进行实验，俗称打靶试验。
主油道的供油压力可用泵体模拟；喷嘴相对活塞的位置可由工装实现，将喷油嘴固定在工装下端，活塞可在工装的圆筒内上下移动，以测定不同行程位置冷却油的喷入量；在活塞内冷油腔的出口处连接收集回油的容器，以测量从内冷油腔的回油量，同时在工装下端放置容器，收集未喷入内冷油腔而回流的冷却油，可得到总的喷油量。