flowmaster进行发动机散热冷却系统的模拟分析

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1. 概述 31?1仿真目的 31. 2系统概述 31. 3仿真要求 32. 冷却系统原理 43. 冷却系统模型 63?1 Flowmastei?建模过程 63. 1. 1建模的原则 63. 1. 2复杂系统的建模 63. 1. 3建模、分析过程 63. 2理论基础 103. 2. 1流动阻力方程 103?2. 2质量守恒方程 103. 2. 3压力损失方程 103. 2. 4换热方程 113. 2. 5整体求解 113. 3建模过程 123?3. 1发动机本体的建模 133. 3. 2温度控制阀的建模 173. 3. 3水泵的建模 193. 3. 4换热器的建模 213. 3. 5水箱的建模 233?3. 6管道、弯头、三通等部件的建模 253. 3. 7阀门的建模 273. 3. 8过滤器的建模 283. 3. 9边界条件的处理 283. 4主要参数 294. 分析结果 314. 1压力分布 314. 2流量分布 334. 3温度分彳|j 354. 4与实验结果对比 384. 5需进一步展开的工作 395. 结论 40附录一常用材料的发射率 41附录二元件参数 421. 发动机水套参数 422. 水泵参数 433. 换热器参数 434. 阀门(含温控阀)参数 445. 管道参数 446. 损失元件参数 457. 边界条件参数 47附录二仿真结果 481?冷却系统压力分布 482. 冷却系统温度分布 503?冷却系统流量分布 511?概述1. 1仿真目的针对某发动机,采用Flowmaster软件进行冷却系统的仿真计算,得出系统 热负荷情况,详细分析整个冷却系统中压力、流量及温度的分布情况,从而为冷 却系统的优化设计捉供理论依据。1?2系统概述某柴油机为中型船舶用推进动力发动机,直列6缸,功率约2500kWo1. 3仿真要求利用Flowmaster仿真软件,建立6缸柴油机冷却系统的仿真模型,模型应 能够满足对整个流体系统进行分析的要求;根据提供的柴油机运行工况和其他必要的参数,利用Flowmaster对一款柴 油机冷却系统进行仿真分析,并对冷却系统的流量分配及压力、温度分布等进行 分析和评估;提交柴油机冷却系统的仿真分析流程和元件模型特点和应用方法、模型选择 和组合应用的基木原则及仿真分析过程参数设置的方法等说明文档;提供柴油机冷却系统瞬态分析建模和参数分析方法,以及一维、三维和多学 科优化软件的耦合三析的方法说明,并提供一个应用示例;仿真分析软件采用Flowmaster V6.5版本;提交的仿真分析等报告的格式和内容需满足甲方的要求。2 ?冷却系统原理发动机的冷却系统对发动机平稳工作非常重要,冷却系统可以保证缸头和机 体的温度维持在一定范围内,一旦温度过高,可能会导致拉缸,同理,如果温度 过低会使润滑油粘度增加,发动机运动构件的摩擦阻力增加,发动机冇效功降 低。只有温度在一个比较合适的范围内时,发动机才能平稳地、高效地运行。不同的发动机,冷却系统的构成可能会有所不同,但基本原理是相同的,冷 却系统的基本工作原理为:冷却水泵将循环冷却水压入发动机内,冷却水经过发 动机冷却水套,吸收热量,温度上升,然后冷却水流出机体,进入换热器,与另 一路流体在此进行热交换,温度降低,流回冷却水泵,再次被压入发动机水套。 冷却水就是这样不断地循环,不断地进行吸热、放热的过程,使发动机维持恒定 温度的。耍使发动机工作在合适的温度下,必须对冷却水在机体外部的散热量进 行控制,因此,在发动机出口设置温度控制调节阀。它的入口只有一个通道,而 出口有两个通道,出口的一个通道通往换热器,称为大循环;另一路通道则不经 过换热器,而是直接通往冷却水泵入口,称为小循环。温度控制调节阀通过调节 流过两条支路的流量,來保证水泵入II的温度,从而使发动机维持在工作温度。由于船舶一直行驶在水屮,因此对于船舶发动机冷却系统来说,利用外部水 源非常方便。但是,外部水源的水质不满足发动机冷却水水质的要求,所以,船 舶发动机的冷却系统设置成多级冷却。如图2?1所示,为某六缸发动机的冷却系 统原理图。整个冷却系统分为高温回路、低温回路与海水支路三个系统。其中高 温淡水与低温淡水系统为闭式循环,而海水系统为开式系统。图2-1冷却系统原理图注:图中粗实线为柴油机内部管道系统测量装置;细实线为动力装置管系; 点划线为海水管系。表2?1为冷却系统原理图中相应部件的名称。直接与发动机换热的冷却水称为高温系统。高温系统屮,气缸两侧分别冇进、 出水总管,总管连接,冷却水能够通了各气缸水套过总管分别进入各缸进行换热。 冷却水流出发动机后经温控阀FR1后,一部分经小循环流冋循环水泵入口,一 部分经过高温淡水换热器FH1,再流至循环水泵入口,两部分水进入循环水泵前 混合,经循环水泵后,被压入增压空气中间冷却器高温级换热器CH1,吸收增 压空气的热量后,进入发动机冷却水套屮。不直接与发动机水套进行换热的淡水系统称为低温系统。低温系统中的冷却 水经由水泵压出,进入增压空气屮间冷却器低温级换热器CH2,吸热后温度上 升,再流入润滑油冷却器LH1,温度再次升高,而后流入低温淡水换热器FH2 进行换热,释放热量,温度降低,又回到低温淡水泵FP2,再次被加压压入增压 空气屮间冷却器低温级CH2o对于海水系统,为一开式系统。海水经由海水阀ST1后,被吸入系统,经 过滤器SF1后,被海水泵SP1加压,依次压入低温淡水换热器FH2与高温淡水 换热器FH1,然后再流回大海。农2-1冷却系统设备名称编号设备名称编号设备名称CH1空气冷却器高温部分FT2膨胀水箱(低温) CH2空气冷却器低温部分SF1海水过滤器CR1增压空气温度控制阀SP1海水泵CR3增压空气温度控制阀用传感器SP2海水备用泵FH1淡水冷却器(高温)ST1海水阀FH2淡水冷却器(低温)TC1增压器FH3淡水预热器LH1滑汕冷却器FP1淡水泵(高温)PI压力表FP2淡水泵(低温)PSL压力低开关FP5淡水备用泵(高温)PT压力传感器FP6淡水备用泵(低温)TI温度表FP7预热泵TSH温度高开关FR1温度控制阀(高温)TT温度传感器FR2温度控制阀(低温)LI液位计FT1膨胀水箱(高温)LSL液位低开关3 ?冷却系统模型3. 1 Flowmaster 建模过程3. 1. 1建模的原则(1) 所建模型要能够真实地反映岀实际系统的特点和行为;(2) 根据部件类型,在元件库小选择最合适的部件来建立模型,且部件要 全,不能遗漏;(3) 所建模型中的部件要与实际系统中的部件一一对应
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