采用压力跟踪法的气缸盖冷却水腔CFD仿真优化研究.pdf

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1、第42卷第1期2013年2月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．42No．1Feb．2013采用压力跟踪法的气缸盖冷却水腔CFD仿真优化研究+周海涛卫军朝许春光强智臻兰银在(中国北方发动机研究所山西大同037036)摘要：利用STAR—CCM+软件对气缸盖冷却水腔进行CFD仿真计算，分析评价冷却水腔的压力损失、流动均匀性。针对压力损失过大，冷却不均匀等问题，采用压力跟踪的方法定位压力损失的主要结构，结合对流换热系数的分配情况和流速矢量图，根据结构特点，提出改进建

2、议，并对改进后方案进行计算分析，得到了较好的改进效果。关键词：气缸盖冷却水腔CFD分析压力损失中图分类号：TK414．2+3文献标识码：A文章编号：1671—0630(2013)01—0056—04SimulatedCFDOptimizationStudyonCoolingWater-JacketofCylinderHeadViaPressureTrackingZhouHaitao，WeiJunchao，XuChunguang，QiangZhizhen，LanYinzaiChinaNorthEngineResearchInstitut

3、e(Datong，Shanxi，037036，China)Abstract：ThesoftwareofSTAR—CCM+wasutilizedtogetaCFDsimulationforthecoolingwater-jacketofcylinderhead．ThepressuredropandfluidequMityofthewaterwereanalysed．Themethodofpreasuretrackingwasusedtoensurethemainconfigurationofpressuredrop．Theadvicew

4、as西venwithconsideringtheheattransfercoefficient，velocityandthecharacteristicofconfiguration．Wegetagoodeffectthroughcarryingoutthesimulationfortheimprovedproject．Keywords：Cylinderhead，Coolingwater-jacket，CFDanalysis，Pressuredrop引言气缸盖始终与炽热气体相接触，热负荷很大，发动机传给冷却剂全部热量的50％是通过气缸

5、盖传出的¨]。随着发动机功率密度的不断提升，气缸盖承受越来越高的热负荷，气缸盖温度升高，材料的力学性能会下降，同时因为温度分布的不均匀产生热应力，导致工作过程中由于热应力而失效开裂等问题的出现。合理的气缸盖冷却水腔的设计可以保证气缸盖的充分冷却，降低压力损失，保证气缸盖温度的合理分配，降低气缸盖的热负荷，减小热应力，同时又要在保证足够冷却的情况下防止过度冷却，提高发动机的热效率‘2卅。本文利用CFD仿真计算方法评价气缸盖冷却水腔，指导工程设计，提出改进意见，并最终确认方案。通过计算发现原方案压力损失过大，热传导系数分配不均匀，局部区域

6、存在流动死区，通过压力跟踪的方法找到压力损失的主要结构，结合气缸盖结构特点，采用了更改上水孔直径和增加流通通道等改进措施，得到了较好的改进效果。1原方案水腔CFD分析1．1整体水腔分析本文研究的为某六缸柴油机的气缸盖冷却水腔，因为气缸盖冷却水腔是整个发动机冷却水腔的一部分，为了对气缸盖的冷却水腔进行更全面的评价，决定对包括机体水腔在内的冷却系统进行分析。首先利用三维建模软件建立机体及气缸盖冷却水套的三维实体}基金项目：国防“十二五”预研项目(40402020102)。作者简介：周海涛(1981一)，男，工程师，研究方向为发动机零部件设

7、计与仿真分析。第1期周海涛等：采用压力跟踪法的气缸盖冷却水腔CFD仿真优化研究57模型，然后将模型导人到CFD计算软件中进行仿真。计算中将冷却水腔内冷却水流动视为三维稳态粘性不可压缩流体的湍流流动。数学模型主要包括：质量、动量、能量守恒方程，连续性方程，湍流子模型。冷却介质为纯水，温度353K，进13流量：9．7kg·s～，出13压力：0MPa。为了更详细地观测冷却水在各区域的流动情况，采用压力跟踪的方法在整个气缸盖、机体冷却水腔的流动通道上建立观测截面，通过截面跟踪监测分析，对冷却水腔进行全面的评价分析。如图1所示，首先在整体水腔上

8、建立压力考察截面，其中inlet为总进水口，outlet为总出水口，ib01一ib06为每缸的上水口，h001～h006为每缸的出水口。图1压力损失考察位置此发动机整机总流量为9．7kg·s～，各缸平均流量为1．6kg·