基于CFD分析的单缸风冷柴油机冷却系统设计与研究.pdf

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1、第40卷第6期2011年12月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUS’n0NENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．6Dec．201l基于CFD分析的单缸风冷柴油机冷却系统设计与研究’徐刚姜树李董非自曙(江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013)摘要：以X170F单缸风冷柴油机为研究对象，运用cFD分析软件sc／Te”a对其冷却系统进行了三维流动的数值模拟，并对原冷却系统结构进行了优化设计与计算。计算结果表明：改进后的结构增大了进入气缸盖高热负荷区域的冷却风量，冷却流场分布更加合理，改善了气缸盖底部的冷却效果。关键词：单缸柴油机数值模拟风冷柴

2、油机冷却系统中图分类号：TK424．2文献标识码：A文章编号：1671—0630(2011)06—0062—04DesignandInVestigationonCoolingSystemofSin封e一．cylinderAir-cooledDieselBasedonCFDAnalysisXuGang。JiangShuU，DongFei，BaiShuSchoolofAutomobileandTr娟cEngineering，JiangsuUniversity(Zhenjiang，Jiangsu，212013，China)Abstract：TakingSinde-cylinderai卜c

3、ooleddieselengineofX170Fastheobject，theCFDsoftwarecalledsC／Tetmsoftwareisusedtosimulatethe￡hree-dimensionajnumericalmodeIofflowinitscooiingsystem，andtheo—ginalschemeofcoolingsystemhasbeenoptimizedandcalculated．TheresultshowsthattheimpmvedschemeincreasesthecoolingairnowthatloadsintotheheataI．ea

4、ofcylinderheadzone，andthec00IingnowfieldismorereasonabletoimprDvethecoolingef．fectofthebDttomofthecylinderhead．1【eywords：Sindecylinderen舀ne，Numericalsimulation，Ai卜cooleddiesel，coolingsystem引言我国是一个单缸柴油机生产大国，单缸机的产量居世界第一位，年产量达到700万台左右。然而由于激烈的市场竞争，产品的同质化和低水平的重复，使得单缸机生产企业技术升级的动力不足⋯。近几年，随着环保法规的日益严格，

5、国内外不断出台的“法规”和“标准”对单缸柴油机产业带来了前所未有的压力。在“节能减排”政策的指引下，国家发改委提出了开发第二代单缸机的要求，对新一代单缸柴油机的比质量、燃油耗、排放指标等方面提出了新的要求。小型风冷柴油机具有易于实现轻量化、工作可靠、适应性强、制造维修方便的优势，但存在着热负荷高、充量系数低，以致相应的平均有效压力比水冷柴油机低5％左右的缺陷口qJ。随着现代计算技术的飞速发展，在柴油机设计与改进过程中，越来越多地采用各种数值模拟技术进行结构和冷却优化，通过先进合理的设计开发方案，确保开发目标的实现。在此背景下，本研究以一台x170F柴油机为研究对象。由于原机冷却效果

6、较差，尤其是气缸盖的冷却问题较多，以至于在标定点的平均有效压力偏低，比油耗偏高，因此应用三维数值模拟技术对整机结构、冷却系统等方面进行了大胆的改进设计，以满足第二代单缸机的设计要求。1计算模型1．1几何模型的建立及网格划分以一台x170F柴油机为研究对象，由于其结构极为复杂，因此在保证计算精度的前提下。采用PRO／E软件进行实体建模时进行了适当的简化处理，但对一·基金项目：江苏大学高级人才科研启动项目(1lJD()045)。作者简介：徐刚(1982一)，男，硕士研究生，主要研究方向为发动机结构设计及数值模拟。第6期徐刚等：基于cFD分析的单缸风冷柴油机冷却系统设计与研究63些关键位

7、置如缸盖”鼻梁区”、散热片等结构不作任何简化。图1为简化后各零件几何模型图。该机为风冷机型，对其进行冷却流场的数值模拟分析属于外流场计算。因此，为了模拟无穷远来流情况，用一个直径为1750mm(远大于柴油机外形尺寸)的半球将该柴油机包围起来，并设置如图1所示的人口面和出口面。将装配好的模型以sTL格式导人到三维cFD软件sC／1、etra前处理模块中。由于sc／Tetra具有自动识别模型区域的功能，这样就自动建立了该风冷柴油机外流场计算模型，如图2所示。I鳓导■风酽们