基于CFD投影的柴油机缸盖温度场模拟分析.pdf

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1、第32卷第6期2015年12月内燃机与动力装置I．c．E＆PowerplantV01．32No．6Dec．2015【模拟计算】基于CFD投影的柴油机缸盖温度场模拟分析纪春玲1，郝永刚2。李建新2，邓玉林2。胡定云2。白书战1，李国祥1(1．山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061；2．中国北方发动机研究所，天津300400)摘要：本文将传统一维计算以及经验公式提供有限元计算边界条件获得的温度场与试验结果进行了对比，发现存在较大误差。针对一维边界及经验公式存在的局限性，提出了利用三维CFD投影所得边界条件进行缸盖温度场计算并与试验结果进行比较，极大地提高了计算

2、精度。关键词：柴油机；缸盖温度场；CFD投影中图分类号：TK422．2文献标志码：A文章编号：1673—6397(2015)06—0047—04TemperatureFieldSimulationforDieselEngineCylinderHeadBasedonCFDJIChun—lin91，HAOYong—gan92，LIJian—xin2，DENGYu—lin2，HUDing—yun2，BAIShu—zhanl，LIGuo—xian91，(1．SchoolofEnergyandPowerEngineering，ShandongUniversity，Jinan2

3、50061，China；2．ChinaNorthEngineResearchInstitute，Tianjin300400，China)Abstract：ThepapercomparedthecylinderheadtemperaturefieldofadieselenginethatwasobtainedbyboundaryconditionsfromOne——Dcalculationandempiricalformulatotheexperimentalresults．ItwasfoundthatalargereFrorexisted．Becausetheset

4、wowayswererestrictive，CFDpro-jectionwasusedtoobtainboundaryconditionsandtocalculatethetemperaturefield，achievingamuchaccuratecalculation．Thetemperaturefieldwascomparedtotestresults．KeyWords：DieselEngine；TemperatureFieldofCylinderHead；CFDProjection引言缸盖是发动机工作环境最恶劣的关键部件之一，目前对缸盖温度场的研究方法主要分

5、为实验测量和仿真计算两大类。与试验测量法相比，数值计算具有周期短、成本低等优点，成为了现代设计方法的发展方向，并逐渐受到人们的重视¨]。缸盖温度场数值模拟中，火力面热边界条件的获取是热力学分析软件进行仿真，取一个工作循环内的平均对流换热系数以及平均温度⋯。缸套边界条件的获取方法是将缸套分成两部分，与燃气直接接触的缸套壁面利用仿真计算得到瞬态换热系数以及温度，利用经验公式得到缸内当量循环平均温度和当量平均对流换热系数心。J。缸盖在数值模拟方面已取得了丰硕的研究成果，但由于在计算过程中众多边界条件经验的设定，数值模拟结果的准确性以及可信度受到了制约，尤其在多场耦合问题的

6、研究上，仍具有很大挑战。本文将传统经验公式作为气侧边界条件与缸内燃气CFD计算结果作为边界条件进行缸盖温度场仿真并与试验结果进行了对比，发现利用CFD投影方法极大地提高了模拟计算结果的准确性。基金项目：国家自然科学基金(51306105)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金计划项目(BS2013NJ012)作者简介：纪春玲(1990一)，女，硕士研究生，天津人，主要从事内燃机数值模拟方面的研究。收稿日期：2015—11—16·48·内燃机与动力装置2015年12月1基于经验公式边界的缸盖温度场分析由于缸盖下表面直接和缸内高温高压燃气直接接触，而缸盖内部直接和水腔接触

7、，因此，进行缸盖的热负荷计算，需要同时考虑气侧和水侧边界条件。温度场计算流程见图1。图1温度场计算流程1．1气侧边界条件缸盖火力板侧温度边界条件按照一维热力学仿真获得的缸内平均温度来施加；根据热力学计算得到缸内的平均对流换热系数后，利用无量纲曲线MJ(见图2)分配整个火力面的换热系数。图2换热系数与缸径的无量纲关系1．2水侧边界条件水侧边界条件由添加沸腾换热模型的水腔计算结果导出得到[5]。冷却系统包含了进水总管、机体水腔、缸盖下部水腔、缸盖上部水腔以及出水总管等部件，其计算区域是从进水总管的进水口至出水总管的出水VI，该柴油机冷却系统三维模型如图3所示。利用流