利用CFD优化柴油机冷却系统设计.pdf

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1、孙凤霞袁良军：利用CFD优化柴油机冷却系统设计9利用CFD优化柴油机冷却系统设计UsingCFDtooptimizeEn西neCoolingSystemDesign孙凤霞袁良军(安徽全柴动力股份有限公司)[摘要]利用cFD流场分析，保证发动机在高热负荷下的重点区域的冷却效果(气缸盖鼻梁区，喷油器孔周围区域，气缸体两缸之间鼻梁区等)，保证各缸间均匀冷却，尽可能避免在关键区域存在流动死区。通过对不同水泵流量时的cFD流场分析，确定所需要的水泵流量。[关键词]柴油机水套流场模拟分析流量流速Keywords：Diesel

2、pulleyWaterjacketCFDSimulationnoWTateVelocity1概述众所周知，对于柴油机，如果冷却效果不好，会出现活塞拉缸、活塞环抱死导致发动机无法工作等严重故障。这就要求在设计之初对发动机的水套流场进行模拟分析．保证足够的水泵流量及充分冷却。CFD(ComputationalnuidDynamics)即计算流体动力学，是以数值离散方法为数学基础，借助于计算机求解描述流体运动的基本方程．研究流体运动规律的学科。在发动机中通过CFD模拟水套换热分析。可以分析并且显示冷却水流动过程中发生的

3、现象及时预测冷却水在模拟区域的流动性能，并通过各种参数改变得到相应过程的最佳设计参数。2分析模型一总览图1柴油机的水套流场分析模型如图1所示，分析模型包括机体、气缸盖、节温器水腔及气缸盖垫片过水孔。一图2柴油机的水套流场分析结果3分析结果本计算分析针对S115与S105两种模型在不同水泵流量下的流场分析，3．1S115与S105水泵流量为100Umin时的流场分布-。，一I蟹“”—r进7t侧排气侧图3水泵流量100mL时水套流速分布图Ⅳ缸Ⅲ缸Ⅱ缸¨I【I缸II缸Ⅲ缸⋯霄戈图4水泵流量1∞mL时机体水套内侧流速分布

4、10内燃机与配件2013年第9期对于机体的冷却．缸套顶部的冷却更重要。通过图3、4可以看出，S115方案比S105方案进气侧机体顶部水套流场分布更均匀，流速更大，除了I缸近进水口处流动效果较差，其它三缸平均流速都大于0．5“s，能满足冷却要求。S115方案的机体水套排气侧冷却液流场分布都较均匀，但流速较低，为0．3IIl／s左右。S105方案排气侧机体水套底部流速较大，但顶部冷却液流速液较低，大概为0．35“s左右。I【⋯

5、、、⋯l-图5水泵流■100mL时机体水看外侧流递分布通过图5对比，可以看到S115方案机

6、体水套外侧的进气侧除I缸外其它三缸冷却液流场流速分布均匀．均大于O．5IIl／s，但I缸近冷却液进口处存在流动死区。从图5可以看出，S115方案的进气侧流场分布优于S105的流场分布。S115方案排气侧的流场流速分布较均匀，优于S105方案。S105方案流速较大的区域多集中在机体水套底部。

7、l⋯I、n⋯图6水泵流量100mL时缸盏狐逯分布通过图6对比。S115方案流场分布较均匀，流动死区较S105方案少，但鼻梁区的冷却液流速明显没有S105方案的冷却液流速高，因为鼻梁区的冷却效果S115方案要差于S105方案。3

8、．2S115与S105水泵流量为70Umin时的流场分布S115方案机体水套进气侧I缸近进水口处存在流动死区，其余三缸流速分布均匀，均大于0．5IIl／s，能够满足冷却要求：排气侧四个缸均不同程度存在流动死区．流速大概为0．2“s，不能满足冷却要求。州’L俩L时水套流速分布图{1r⋯图8水泵流量70mL时机体水套内侧流速分布S105方案机体水套进气侧顶部Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ缸均不同程度存在流动死区，不能满足冷却要求；排气侧流速分布均匀，但流速过低，为0．25一s左右，并有流动死区存在。难以满足冷却要求。图9水泵流量70mL

9、时机体水套外侧流速分布S115方案机体水套进气侧I缸近进水口处存在流动死区．Ⅱ和Ⅲ缸机体顶部流速分布均匀，流速为0．35“s左右．Ⅳ缸机体顶部流速大于0．5lll／s；排气侧Ⅳ缸机体顶部流速大于0．5“s。其余三缸流速分布均匀，但流速过低，为0．25IIl／s左右。S105方案机体水套Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ缸均存在流动死区。不能满足冷却要求。蝴瀚嗡鞫攀姻图10水泵流量70mL时缸盖流速分布S115方案缸盖冷却液流场分布较均匀．但流速过低，并有少量流动死区存在，鼻梁区存在流动死区，不能满足冷却要求。S105方案缸盖冷却液流场分

10、布均匀，但流速过孙凤霞袁良军：利用CFD优化柴油机冷却系统设计低，有少量流动死区存在，鼻梁区冷却效果较好。3．3机体缸盖水流通道流量流速分析．i；j‘l-·，-一图”机体缸盖通道布置图表1机体与缸盖之间通道水流速及流量表(+：机体流向缸盖，一：缸盖流向机体)陋到EllE2IE3E4lE5lE6IE7lE8lE9El唯1111111211311411511611711819