汽油机冷却系统流固耦合传热分析与研究

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1、分类号TK414.2单位代码10618密级公开学号2120041004硕士学位论文汽油机冷却系统流固耦合传热分析与研究研究生姓名：曾志平导师姓名及职称：张世义副教授申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称机械工程论文提交日期2015年04月20日二级学科名称机械制造及其自动化论文答辩日期2015年06月02日2015年06月09日重庆交通大学学位论文原创性声明，，是本人在导师的指导下独立进斤研究本人郑重声明：所呈交的学位论文工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体

2、己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。，均己在文中Ｗ明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承巧。＾＾年＜学位论文作者签名日期：：月口日＞１＾／重庆交通大学学位论文化权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查閲和借阅。本人授权重庆交通大学可将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检ｉ。索，可Ｕ＊采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文同时授权中国科

3、学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。＂＂＾＾１＾学位论文作者签名＾＾指导教师签名；ｂ曰期：夺＾月日日期年＾月Ｗ日Ｍｉ＇本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系》规列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕古学位论文全文数据库出版章程定旱受相关权益。一：学位论文作者签指导教师签名：名声３日期＾月日日期：如脚食月来０日Fluid-

4、SolidCouplingHeatTransferAnalysisandResearchaboutGasolineEngineCoolingSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengZhipingSupervisor：A.P.ZhangShiyiChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China摘要摘要在新能源汽车未得到较广普及之前，内燃机仍会是汽车行驶的主要动力源。由于内燃机是一部热机转换装置，工作过程中会释

5、放大量的热，除去转换为有效机械功的热量，仍有15%~35%的热量通过各种方式传给活塞、缸盖、缸套等部件，这些零部件需要通过冷却系统及时将多余的热量带走，否则将导致缸盖开裂、活塞烧顶等热故障，从而影响发动机的可靠性、经济性以及动力性。因而，一款发动机拥有高效可靠的冷却系统显得至关重要。目前，对发动机冷却系统进行优化设计的方法一般是应用试验测试与数值模拟相结合的方式，两种方法各有优点，且相互补充。试验数据一般通过发动机台架试验测得，数值模拟方面，兼得精度与效率的流固耦合模拟仿真方法得到了较广泛的认可。对冷却系统的分析，重点关注的是

6、固体的温度，流体的流场、压力、温度以及传热系数等参数。本文以某款四缸汽油机为研究对象，对其缸体、缸盖和水套进行了流固耦合模拟分析。本文的主要内容包括：①运用GT-Power搭建汽油机模型，运算结果与已知台架试验数据作对比，以验证模型的准确性，仿真得到缸内燃气与进排气道气体的温度和传热系数。②运用流固耦合模拟仿真方法，借助三维流体仿真软件STAR-CCM+，建立适当的求解方程和控制参数，施加合理的边界条件，求解得到缸套与缸盖的温度以及冷却液的流速、压力、传热系数和温度分布云图，并对仿真结果进行分析。③根据分析结果，提出改进方案，

7、再次模拟仿真，运算结果与原方案做对比，以验证改进方案的合理性与可行性。本文的主要结论包括：①针对缸体冷却的改进措施：针对缸体水套3、4缸之间冷却液流速较小、1缸进水口上侧出现回流、两缸之间冷却效果不明显等问题，提出不改变原水泵位置，而是增加进水管道长度，以此将进水口位置改在排气侧第2缸的改进方案。②针对缸盖冷却的改进措施：由于缸盖鼻梁区的结构较复杂，对其进行改进的难度较大，所以通过适当地扩大上水孔轴向的横截面积来增加缸盖冷却液的流量的措施来改善缸盖的冷却。③针对改进方案，模拟仿真后得到：所述问题得到了一定改善，缸体冷却液流速更

8、加均匀，通过流速反应出两缸之间与缸盖鼻梁区的冷却得到了加强。关键词：汽油机；冷却系统；模拟仿真；流固耦合；优化设计IABSTRACTABSTRACTBeforethenewenergyvehiclesarewidelyspread,theinternalcombustione