基于双向流固耦合的缸体缸盖温度场模拟分析与试验研究-论文.pdf

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1、第31卷第4期Vo1．31No．42014年8月内燃机与动力装置I．C．E＆PowerplantAug．2014【模拟计算】基于双向流固耦合的缸体缸盖温度场模拟分析与试验研究路明，张傲，李波(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601)摘要：为了研究发动机缸体缸盖表面的温度，基于双向流固耦合分析的方法对某汽油机的缸体缸盖进行了温度场分析。首先进行CFD分析得到温度以及换热系数边界，利用ABAQUS软件进行发动机的温度分析，再把结构温度作为下一次CFD计算的边界反复迭代。最终得到准确的温度场分布。并且通过试验的手段对分析结果进行验证分析，结果表明试验结

2、果基本与分析结果相符。关键词：温度场；试验研究；缸体；缸盖；流固耦合中图分类号：TK413．2文献标志码：A文章编号：1673—6397(2014)04—0030—03TheTemperatureFieldAnalysisandTestResearchoftheHeadandBlockbasedonTwo——WayCompoundofFluidandSolidLUMing，ZHANGAo，LIBo(AnhuiJianghuaiAutomobileCo．，Ltd．，TechnologyCenter，Hefei230601，China)Abstract：Tostud

3、ythetemperatureoftheengineblockandthecylinderhead，atemperaturea—nalysiswascarriedoutfortheenginebasedonthetwo—wayFSI．ThetemperatureandconvectionheattransfercoeficientboundarywereobtainedbytheCFDanalysis．Then，theenginetemperatureanalysiswascariedoutbythesoftwareABAQUS．Thewalltemperatu

4、rewasassignedtothenextCFDanalysistorepeatthecycleuntilitmettherequirements．Theresultswereverifiedbytests．Theresultsshowthatthetestresultsareconsistentwiththeanalysisresults．KeyWords：TemperatureField；TestInvestigation；EngineBlock；CylinderHead；Fluid—SolidCoupling热的影响，计算得到了发动机气缸盖的温度，并且对

5、引言排气门鼻梁区温度进行响应分析，确定冷却水进口发动机的缸体缸盖不仅承受缸内爆发压力等较速度和温度对鼻梁区温度的影响。通过试验的高的机械载荷，同时承受燃烧产生的高温，较高的温方法，研究不同方案柴油机气缸盖温度的分布。度除了会产生一定的热应力外，还会使材料的机械本文主要运用双向流固耦合的方法，使用全模性能下降，主要体现在弹性模量以及抗拉强度等的型对某汽油机的缸体缸盖进行温度场研究，并且考降低，导致缸体缸盖能承受的机械载荷的水平也降虑材料属性随温度变化的非线性特性，得到的温度低。与试验进行对比。以此研究某汽油机的缸体缸盖的之前的研究主要集中在通过双向流固耦合分温度场

6、分布。析，得到发动机缸盖的温度场，经过反复迭代得到较为精确的温度分布¨。考虑冷却水流动与沸腾换作者简介：路明(1983一)，男，辽宁大石桥人，研究生，工程师，主要研究方向为发动机结构有限元分析。收稿日期：2014—03—13路}J】，等：基于双向流固耦合的缸体缸盖温度场模拟分析与试验研究图1所示。l双向流固耦合基本原理缸体缸盖耦合分析是一个多学科联合的有限元问题，包括热能、传热学、流体、结构、材料、喷雾以及有限元知识等等。理论复杂，热固耦合计算的关键是实现流体与固体或交界壁面处的热量传递。由能量守恒可知，在流固耦合界面处，固体传出的热量应等于流体吸收的热量。所以

7、，采用下面的方程来描述这一守恒，联接实体的Fourier热传导方程和流体的对流换热控制方程。。{q⋯“一(Tf—)(1)图1温度场分析有限兀模型式中：⋯。为固体的导热系数；h．，．为局部对流换热2．2热边界的映射系数；T为流体温度；T为壁面温度。通过CFD分析，得到缸内气体侧的温度及换热流体侧，采用k—湍流模型来计算流体与壁面系数边界，主要包括缸盖火力面、进排气道以及缸套的对流换热边界条件，标准的k一湍流模型的输送等部分。再把气体侧的边界映射到对应的结构网格方程为：中进行传热分析，部分温度及换热系数边界如图2、鲁c+毒cp=毒[(+)差]+3所示。黪Gk+Gl，

8、一p占一yM+Sk(2)