汽油机水套的CFD优化分析.pdf

《汽油机水套的CFD优化分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第42卷第3期2013年6月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．42No．3Jun．2013汽油机水套的CFD优化分析刘云卿杨陈沈源由毅赵福全(浙江吉利汽车研究院有限公司浙江杭州311228)摘要：本研究采用CFD方法对汽油机的水套内流动换热特性进行了计算分析，并对水套结构进行了优化改进。计算结果表明：优化改进后的缸盖排气侧鼻梁区、缸体间鼻梁区的流速都达到了2m／s以上。从整体上看，优化修改后的水套换热能力得到了增强。关键词：水套CFD优化分析中图分类号：TK4

2、14．21文献标识码：A文章编号：1671—0630(2013)03—0023—04AStudyonCFDOptimizationAnalysisofWaterJacketforaGasolineEngineLiuYunqing，YangChen，ShenYuan。YouYi，ZhaoFuquanZhejiangGeelyAutomobileResearchInstituteCo．，Ltd．(Hangzhou，Zhejiang，31228，China)Abstract：Thecharacteristicsofflowingheatex

3、changeinsideagasoline—enginewaterjacketareinvestigatedU-singtheCFDmethod，andthewater-jacketstructureisoptimizedaccordingly．ThecalculationresultindicatesthatflowvelocityCanreachupto2m／sintheoptimizedcylinderheadexhaust--sidebridgesandcylinder·-to--cyl--inderbridges．Overa

4、ll，theoptimizedwater-jacketheatexchangecapabilityissubstantiallyimproved．Keywords：Waterjacket，CFD，Optimizationanalysis引言发动机水套作为其冷却装置，起着冷却发动机，降低热负荷及热应力，并保持发动机适当工作温度的作用。一方面，水套壁面温度不能过低，否则不仅会影响燃油蒸发混合、降低燃烧效率，而且还会增大摩擦损失【1以1；另一方面，水套壁面温度也不能过高，否则会增大机体的热负荷和热应力，并降低其疲劳寿命∞1。随着计算机软硬件

5、的发展，计算流体动力学(CFD)技术也得到了快速发展和应用⋯。目前，应用CFD技术对发动机水套进行优化改进已比较成熟，其与试验相比，能大幅缩短设计周期和降低研发费用¨J。本文应用CFD技术对一款汽油机的水套进行了计算分析，针对原方案的不合理之处，提出了优化改进方案。1数理模型1．1物理模型图1为原方案水套模型，其中a、b和e分别为缸一缸体模型叼tJ图1原方案水套模型作者简介：刘云卿(1982一)，男，博士，工程师，主要研究方向为汽车排放及污染控制，发动机缸内燃烧过程数值模拟。小型内燃机与摩托车第42卷盖、缸盖垫和缸体的数模。1．2数学

6、模型及假设采用AVL提出的k一毫一f模型来描述水套内冷却液流动的湍流现象，该模型的具体描述可参考AVLFIRE用户手册‘4J，其余的质量、动量、能量和组分控制方程可写成如下的通用形式∞1：旦(碰!+鱼(色些尘!+曼立趔+鱼(型尘2一OtOxOyOz芸(Jrl警)+芸(厂娑)+拿(厂誓)+5(1)Oxd咒oyoz式中：It．,y、w为x、八彳方向上的流体速度分量；p为流体密度；厂为广义扩散系数；S为广义源项，曲为通用变量，可以代表u，刨，W，T等求解变量，当其取不同值时即可分别表示质量、动量、能量和组分守恒方程。1．3边界条件边界条件见

7、图2所示。1)进口：将进口设置为质量流量边界条件。在进口采用formula公式模拟水泵叶片出口旋流，流量值为120kg·min～，人口冷却液温度100℃。2)出口1：出口1为水套的总出口，设置为静压边界，具体值为1．8×105Pa。3)出口2：出口2通往机油冷却滤清器，设置为质量流量边界，具体值为19kg·min‘。。4)出口3：出口3通往涡轮增压器，设置为质量流量边界，具体值为5kg·rain～。5)壁面：壁面设置为恒壁温边界，其中缸盖壁温为130℃，缸体和气缸垫壁温为110℃。缸盖壁面出图2边界条件不意图2结果分析及讨论水套CFD

8、计算主要是为了分析发动机热负荷较高区域的换热是否满足工程经验的要求。水套的高热负荷区域主要包括缸盖排气侧鼻梁区、火花塞附近、缸体上止点附近及缸体间鼻梁区等区域。水套中的换热绝大部分为普通的对流换热，其对流换热系数由流速决