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《某發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第3l卷第3期2014年6月內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置I．c．E＆PowerplantV01．31No．3Jun．2014【模擬計(jì)算】某發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套優(yōu)化設(shè)計(jì)楊攀。許濤。阮仁字，張良超(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230601)摘要：本文通過(guò)CFD軟件FIRE對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水套模型進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，得到了水套流場(chǎng)的壓力場(chǎng)分布以及速度場(chǎng)分布。通過(guò)對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)方案二的壓力損失更低，且流速更快，其散熱效果更好，因此選擇方案二作為最終方案。關(guān)鍵詞：CFD；冷卻水套；優(yōu)化中圖分類號(hào)：TK402文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)
2、：1673—6397(2014)03—0040—03OptimizationDesignofEngineCoolingJacketYANGPan，XUTao，RUANRen—yu，ZHANGLiang—chao(AnhuiJianghuaiAutomobileCo，．Ltd．，Hefei230601，China)Abstract：Thispaperestablishedthe3D—numericalsimulationofaenginecoolingjacketmod—elusingFIREsoftwareandob
3、tainspressureandvelocitydistributionsofthewaterjacket．Comparedtotwosolutions，thesecondisfoundmuchbetterbecauseofitslowpressureloss，fastflowvelocityandeffectiveheatradiation．KeyWords：CFD；CoolingWaterJacket；Optimization引言冷卻水套是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，主要用于將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的熱量通過(guò)冷卻液的流動(dòng)帶走，
4、并向發(fā)動(dòng)機(jī)外發(fā)散，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下都能夠在一個(gè)合理的溫度下穩(wěn)定的工作。尤其是燃燒室、氣門鼻梁區(qū)等發(fā)動(dòng)機(jī)高溫區(qū)域，如何有效地降低這些區(qū)域的熱負(fù)荷，直接由冷卻水套設(shè)計(jì)的優(yōu)劣來(lái)決定‘1。。CFD技術(shù)由于其成本低、周期短、計(jì)算精度高，且可視性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多的應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中心J。本文將借助于CFD軟件FIRE對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套進(jìn)行數(shù)值分析，并找出最優(yōu)方案。1冷卻水套設(shè)計(jì)方案整個(gè)冷卻水套模型包括水泵(由于廠家無(wú)法提供葉片模型，故該水泵模型只由葉片外部和水泵殼體之間的渦形空腔)、缸蓋水套、缸體水套以及氣缸墊水套
5、(如圖1所示)。該模型包括一個(gè)進(jìn)水口(水泵渦形空腔的進(jìn)口)和兩個(gè)出口(出水口以及流向暖風(fēng)的出口)。圖1冷卻水套幾何模型為了改善冷卻液在水套中的流動(dòng)分布，本文共設(shè)計(jì)了兩種方案，由于缸體、缸蓋較為復(fù)雜，其水套模型不易更改，因此，本文僅針對(duì)氣缸墊進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。圖2為兩種設(shè)計(jì)方案，其中方案二在發(fā)動(dòng)機(jī)靠近后端作者簡(jiǎn)介：楊攀(1987一)，男，湖北襄陽(yáng)人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。收稿日期：2014—03—052014年第3期楊攀，等：某發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套優(yōu)化設(shè)計(jì)的氣缸墊水孔比方案一的大(圖中圓圈所示)。2CFD分析2．
6、1冷卻液的物理屬性計(jì)算介質(zhì)選擇50％乙二醇／50％純水的混合物，其物理屬性如下：密度：1026．89kg／m。粘度：0．00076kg／m·s比熱容：2415J／kg·K導(dǎo)熱率：0．415W／m-K由于計(jì)算過(guò)程中冷卻液的溫度變化不大，因此假設(shè)其物理屬性保持不變。2．2設(shè)置求解模型對(duì)于冷卻水套的CFD分析來(lái)說(shuō)，主要是考查其在發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況條件下的散熱能力，因此，計(jì)算模式選擇穩(wěn)態(tài)計(jì)算模式。計(jì)算時(shí)考慮冷卻液的粘度，將冷卻液的流動(dòng)設(shè)定為不可壓縮的粘性湍流流動(dòng)。數(shù)值算法選擇CFD計(jì)算最常用的SILMPLE算法。湍流模型是CFD
7、計(jì)算中最核心的步驟，湍流模型的真實(shí)程度從根本上來(lái)說(shuō)決定著數(shù)值模擬的精確程度。本文中選擇k—zeta—f湍流方程，因?yàn)榇朔匠虨樗姆匠痰耐牧鞣匠?，不僅計(jì)算精度較高，而且計(jì)算時(shí)間較少。相對(duì)應(yīng)的壁面處理選擇混合壁處理。2．3設(shè)置邊界條件a)水泵渦形腔進(jìn)口邊界采用流量邊界條件，取發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況下的水泵流量值188L／min，進(jìn)水溫度為368K；b)出水口采用壓力邊界條件，取壓力值為2．8bar；e)為保證連續(xù)性方程，在流向暖風(fēng)的出口設(shè)置梯度為零。2．4設(shè)置收斂準(zhǔn)則對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的求解，往往要通過(guò)對(duì)次迭代才能得到精確解。在迭代過(guò)程
8、中，容易出現(xiàn)解的振蕩或是發(fā)散，因此，需要對(duì)解的收斂性隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，并在系統(tǒng)達(dá)到指定精度后，結(jié)束迭代過(guò)程。對(duì)于水套這類CFD計(jì)算而言，一般都設(shè)定殘差小于10～，若計(jì)算達(dá)到此要求，則認(rèn)為計(jì)算收斂。另外，還要實(shí)時(shí)監(jiān)視諸如出口壓力、流量、溫度等相關(guān)的量，以防計(jì)算出現(xiàn)偽收斂。3分析結(jié)果3．1總壓分布●I^，_方案圖3冷卻水套總壓分布石圖圖3為整個(gè)水套流場(chǎng)
