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1、2006年用户年会论文发动机冷却系统水套有限元分析刘新田(上海交通大学机械与动力工程学院，上海，200030)刘长虹谭靖毅黄虎（上海工程技术大学汽车工程学院，上海，201620)[摘要]本文首先提出三种不同发动机冷却系统水套的设计方案，并通过UG对其进行精确建模。根据汽缸对称性及相邻汽缸温度相同截取1/2截面建立力学模型，同时加载水套边界条件，利用软件仿真计算出不同形式水套的稳态热分析。然后对不同冷却系统水套进行热应力、X轴方向应力、Y轴方向应力和剪应力分析，并对结果进行讨论，最后可选择出较好的设计方案。[关键词]发动机冷却系统，稳态，有限元方法，
2、热应力TheFEAforWaterJacketsintheEngineCoolingSystem1222LiuXintian,LiuChanghong,TanJingyi,HuangHu(1.SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai,200030;2.CollegeofAutomobileEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai,200336)[Abstract]Thispaperf
3、irstlybringsforwardthreedifferentdesignsforwaterjacketsintheenginecoolingsystem,andexactlybuildstheirmodelsbyUG.Accordingtothesymmetryofthecylinderandthesametemperaturebetweenthecylinders,secondly,the1/2sectionisinterceptedandthemechanicsmodelcanbeestablished.Thirdly,thebounda
4、ryconditionsareloaded.Thesteady-statecanbesimulatedwithANSYS.Thenthethermalstress,X-axisstress,Y-axisstressandshearingstrengthforwaterjacketsintheenginecoolingsystemcanbeattained.Basedonthethermalstressanalysisandthediscussionofthethreedifferentwaterjackets,finallythebetterdes
5、igncanbeselected.[Keywords]enginecoolingsystem;steady-state;FEM;thermalstress.1引言发动机冷却系统是汽车的重要组成部分之一，冷却系统的作用是使发动机在各种转速和各种行驶状态下都能有效的控制温度，其中水套是整个冷却系统的关键部分。当发动机工作产生大量的热量时，充满循环水的水套将发挥降温的功能，并对整个汽缸的散热起到2006年用户年会论文十分重要的作用。混合气燃烧时产生大量的热，其中大部分热量通过废气被排出。然而仍然有余热残留在发动机中，如果不用其他的方法排除这些余热，它仍足
6、以使发动机受到严重损坏。发动机中的冷却系统就是专门用来消除余热的。根据汽车发动机本身的特点，即使是残留的余热也可能把发动机严重损坏，这时就需要设计相应的冷却系统保证发动机能够在各种工况下正常使用。本文利用UG设计了三种不同样式的冷却系统水套。它们共同点是：空腔分布在汽缸两侧。不同点是：汽缸两侧空腔截面形状不同，空腔数目多少不一样。图1（a）空腔截面形状为近似长方形，长方形两侧为圆弧。图1（b）空腔截面形状为圆形，两侧分布有圆形截面。图1（c）空腔截面为长方形。（a）（b）（c）图1冷却系统简图2ANSYS前处理2.1模型简化由于汽缸的对称性，以及相
7、邻汽缸温度相同所以可以看作是绝热层，不需要选取整个发动机冷却系统进行有限元热分析，只要选取单缸1/2截面进行有限元热分析。2.2网格处理ANSYS网格划分功能使用起来十分方便。从划分的功能来讲，则网格划分包括延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。在对发动机冷却系统进行划分网格时，本文采用的是ANSYS系统智能网格划分。图2表示对三种不同发动机冷却系统水套的简化模型采用ANSYS系统智能划分网格。（a）（b）（c）图2对冷却系统划分网格2.3边界处理在进行有限元分析前，要确定发动机冷却系统工作的边界条件：在汽缸内部介质为空2气，温度较高为650℃
8、，空气对流系数为14.2W/m*℃；在水套内部介质为冷却液，温度2006年用户年会论文2较低为75℃至90℃，空气对流换热
