CFD模拟分析在发动机冷却系统开发设计中的应用.pdf

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1、第31卷第6期2014年12月内燃机与动力装置I．c．E＆P0w8rplantVol_31No．6Dec．2014【模拟计算】CFD模拟分析在发动机冷却系统开发设计中的应用刘铁刚(卡特彼勒技术研发中心，山东青岛266061)摘要：本文以国内某5吨装载机发动机冷却系统为研究对象，利用计算流体力学CFD软件FLUENT，采用标准后一占湍流模型和MRF多重参考系模型对整机冷却模块，冷却风扇和发动机舱的流场进行了模拟分析，得到了风扇的实际运行风量和风压，冷却模块流量分布，冷却模块周围残余阻力以及发动机舱实际流场情况。根据cFD计算结果，修正冷却系统一维计

2、算模型，获得了冷却系统能够适应的环境能力。实际应用，效果良好。关键词：发动机；风扇；冷却系统：CFD分析中图分类号：TK402文献标志码：A文章编号：1673—6397(2014)06—0022—05TheAppIicationofCFDSimulationAnaIysisonDesignandDeVeIopmentofEngineCoolingSystemLIUTie—gang(CaterpillarR&DCenter，Qingdao26606l，China)Abstract：Inthispaper，thecoolingsystemofa5to

3、nwheelloaderengineisstudiedasanob-ject．UsingcomputationalfluiddynamicsCFDsoftwareFLUENT，thestandardk一8turbulencemodelandthemultiplereferenceframemodel，thisp叩erconductssimulationanalysisforthecool-ingmodule，fansandthenow6eldofenginecompartment，finallyobtainstherealairnowratean

4、dpressureoffans，theairnowdistributionofthecoolingmodule，theresidualresistanceofthecoolingmoduleandthenow矗eldoftheenginecompartment．BasingontheCFDanalysisresults，wecon．ect1一DcoolinganalysismodelandobtaincoolingsyslemamKentcapability，KeyWords：Engine；Fan；CoolingSystem；CFDAnalysi

5、s引言在工程机械产品的开发设计中，发动机的冷却系统十分重要。其散热能力的好坏直接关系到发动机液压系统、转向系统以及传动系统的寿命、性能，甚至会直接影响整机能否正常运行。在以往的工程机械产品的设计过程中，由于整机结构十分复杂，同时又缺乏相关的工具方法，因此，冷却系统散热性能的评估往往采用经验或者是工程估算的方法。很难获得准确的分析数据。近几年来，随着计算机技术的蓬勃发展，计算流体力学CFD(ComputationalFluidDynamics)得到了广泛的应用。CFD是在经典力学、数值计算方法和计算机技术的基础上建立起来的新型学科。它是目前用于解决

6、三维流动问题的重要手段⋯，以往需要通过大量试验得到的流动信息可以通过模拟计算获得。与试验数据相比较，计算结果的准确性和可靠性取得了令人满意的结果旧J。应用CFD技术对发动机冷却系统的散热能力进行分柝评估，近几年也得到了广泛的应用。通过CFD的计算结果可以获得较准确的冷却风扇的性能，冷却模块的匹配以及发动机舱内的空气三维流作者简介：刘铁刚(1979一)，男，山东省青岛人，研究生，工程师，主要研究方向为工程机械冷却系统研究开发。收稿日期：2014—08一072014年第6期刘铁刚：cFD模拟分析在发动机冷却系统开发设计中的应用动情况。进而可以更加有效

7、的改进和优化冷却系统。本文应用CFD分析软件FLuENT，对国内某五吨装载机的的冷却系统进行了模拟分析，获得了风扇的实际运行风量和风压，冷却模块风量及流量分布，冷却模块周围残余阻力以及发动机舱实际流场情况。同时利用cFD结果对一维冷却分析模型进行修正，将模型分析结果与整机冷却试验结果对比，误差很小，表明cFD技术可以很好的支持冷却系统开发设计。1整机、发动机和冷却系统的基本参数表l装载机和发动机基本参数整机重量／kg17000铲斗容积／m34．5额定功率／转速／(kw／r·min“)162／2300最大扭矩／转速／(N·m／r·IIlin‘1)7

8、10／1400全负荷最低燃油消耗率／(g／kw·h)<210表2冷却系统基本参数冷却模块尺寸／mm900×900×200冷却模块布置方式