单缸风冷汽油机缸头热负荷CFD分析.pdf

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1、InternalCombustionEngine＆Parts·35·单缸风冷汽油机缸头热负荷CFD分析CFDAnalysisofCylinderHeadHeatLoadofSingleCylinderAir-cooledGasolineEngine高宏阁GAOHong-ge(天津内燃机研究所，天津300072)(TianjinCombustionEngineResearchInstitute，Tianjin300072，China)摘要：本文采用计算流体力学(CFD)的流固耦合方法对处于设计阶段的单缸风冷汽油机缸头热负荷进行了最高车速工况的校核工作。首先，在CAD

2、软件中进行了缸头冷却系统3D建模，然后在网格软件中对模型进行了必要的求解域网格划分和边界条件定义，最后针对最高车速工况进行了流固耦合热负荷分析，评估了缸头燃烧室、气道和散热片布置的合理性，为缸头开模前设计校验提供了有力的计算依据。Abstract：Inthispaper．thefluid—solidcouplingmethodofCFDisusedtochecktheheatloadofthecylinderheadinthesinglestageair-cooledgasolineengineatthedesignstage．Firstly，the3Dmodel

3、ingofthecylindercoolingsystemiscarriedoutinCADsoftware．Then，thedomainisdividedintothegridandtheboundaryconditionisdefinedintheg而dsoftware．Finally，thefluid—solidcouplingheatiscarriedoutforthemaximumvehiclespeedLoadanalysis，andtherationalityofthecylinderheadcombustionchamber，airwayandhe

4、atsinkLayoutareevaluated，whichprovidesstrongcalculationbasisforthedesignofcylinderheadbeforeopening．关键词：风冷；缸头；热负荷；计算流体力学Keywords：air—cooling；cylinderhead；thermalload；CFD0引言单缸风冷汽油机的缸头是燃烧和冷却系统的核心部件，燃烧室的室型、气道布置、散热片布局等都会显著影响汽油机性能，由于缸头开模周期长、模具成本高，修模困难，因此在设计环节进行CFD分析【1-41以校验设计合理性就显得极为关键。本文既

5、考虑缸头的燃烧室和排气道热源，以及铝缸头散热片自身的传热特性，又考虑整车在行车过程中冷却风自然冷却过程，采用流固耦合方式分析整车在水平路面上以最高车速85km／h工况行驶时缸头的热负荷分布，分析缸头表面温度场和评估结构合理性。1缸头冷却系统建模基于缸头3D模型进行CFD分析前必要清理，去除工艺倒角和工艺孔，增加流体分析区域用以模拟缸头在行车时自然冷却状态。冷却系统模型如图1所示。图1待分析的缸头冷却系统3D模型利用Gambit软件对图l模型剖分网格，最终得到的网格如图2所示。总共分成三个求解域，分别为内部固体，即缸头和两个流体区域，即中间的包裹体和外围的外流场域。

6、各求解域网格详情见表1。冷却空气所带走的热量由下列经验公式估算：Q=篱学(kJ／s)(1)图2是汽流马赫数在75％叶高截面上的分布图。由汽流马赫数沿叶栅通道的变化规律图可以看出：在叶片的前缘处有一个鞍点，在压力面的马赫数要比吸力面的小，沿着轴向马赫数是逐渐增加的，在喉部区域达到最大值。脚黼‘-图2马赫数在75％叶高处的分布图4结论利用流体动力学数值计算软件CFX对汽轮机低压末三级叶栅内三维粘性蒸汽流场进行了数值计算，给出了各汽流参数在叶栅通道子午面以及沿不同叶高截面的分布规律。首先，子午面上的汽流静压沿轴向变小，沿径向变大；马赫数沿轴向变大，沿径向变小，总体来说，

7、压力越高，马赫数越小：出口根部温度最低。其次，叶片在不同叶高处压力的变化是逐渐减小，在静叶的压力面，从约0．8相对叶宽压力急剧下降，在出口压力达到最小；在静叶的吸力面，压力从进口降低并发生过度膨胀，然后汽流减速扩压，压力又开始增大。最后，在不同叶高截面处，从进口到出口汽流静压力的变化在逐渐减小；速度在逐渐增大；在压力面的马赫数要比吸力面的小，沿着轴向马赫数是逐渐增加的，在喉部区域达到最大值。参考文献：．f11王冠群．汽轮机低压级叶片技术研究进展【J]汽轮机技术，1994，36(4)：212—240．[2]杨建道．空冷50MW机组低压缸变工况三维流场数值分析m．热力

8、透平，20