德国MTU发动机冷却系统剖析.pdf

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1、德国MTU发动机冷却系统剖析TheAnalysisofGermanMTUenginecoolingsystem乔国辉高晗徐宇工（北京交通大学机电学院）摘要：本文对德国MTU890柴油机冷却系统用GT—COOL软件建立了仿真计算模型，并对冷却系统中的换热和流动过程进行了模拟运算。建立的模型可以预测发动机冷却系统的压力、温度分布及压力损失等。关键词：柴油机；冷却系统；GT—COOL；仿真Abstract:Inthispaper,anumericalwater-coolingsystemmodelofGer

2、manMTUengineisestablishedintheGT-COOLenvironment.Simulationcalculationoftheheatexchangeandfluidflowinthecoolingsystemisperformedbymeansofcomputer.Themodelprovidesagoodpredicationofthepressuredistribution,temperaturedistributionandpressurelossesinthecool

3、ingsystem.Keywords:dieselengine；coolingsystem；GT—COOL；simulation1.引言在大功率履带车辆动力领域，德国MTU公司多年来一直处于无可争议的地位。该公司研发的890系列柴油机单位功率质量小于1kg/kW,是世界上在研发系列柴油机中最好的。其6缸机型高590mm,宽700mm,长760mm,质量仅为520kg,功率高达550kW。本文基于热力学和传热学的理论，在GT—COOL软件环境中建立了MTU890系列发动机中6缸机冷却系统的一维仿真模型，

4、通过分析计算来研究发动机冷却系统的流动与传热状况，预测其冷却系统的技术参数，以期对我国高功率密度发动机冷却系统的研发提供参考。2.发动机冷却系统的结构发动机冷却系统的主要任务是保障发动机在最适宜的温度状态下工作，维持最佳的冷却水温。该发动机冷却系统简图如图1所示，该冷却系统是一种全新设计，主要是采用了高低温双循环冷却技术和高温冷却技术。系统的最高冷却液温度比以前的装甲车辆发动机的高出20℃，为130℃。该冷却系统由一个高温回路和一个低温回路组成，采用高、低温双循环回路可以将高温热源负载与低温热源负载分

5、开，低温回路可以实现某些零部件（如二级增压中冷器、发动机机油换热器以及主传动箱机油换热器）的低温冷却需求，高温回路主要为核心1发动机（即缸套、缸盖等零部件）以及一级增压中冷器提供冷却。采用高温冷却技术则可以满足在较小的空间内实现极高的冷却能力，因此流入发动机冷却液的热量非常少，可以大幅度地缩小冷却系统的质量和体积，提高冷却系统效率。图1HPD发动机冷却系统原理图3.发动机冷却系统仿真计算通过试验设计发动机的冷却系统，使之满足规定的要求，耗时、耗力、耗材，并非易事。作为替代方案，数值仿真的方法，在计算机

6、技术高速发展的今天，已被越来越多的人所采用。这种数值试验的方法，不但可以节省大量的试验费用，而且还可以进行大量的预测研究。GT-COOL软件是专门用于发动机冷却系统仿真分析的软件，广泛应用于发动机冷却系统的设计、开发等工作。该软件具有丰富的物理模型和分析功能，使得它能够对发动机冷却系统进行专业权威性分析。该软件基于流体及热力学计算理论，所采用的隐式格式流动求解器，使得求解快速、稳定、可靠。GT-COOL分为前、后处理两个模块。前处理模块包括搭建冷却系统所需的所有模型，可以模拟空气侧、冷却水侧、发动机机

7、油/传动箱机油冷却器，以及其它流体系统。主要作用是搭建冷却系统一维仿真模型，根据冷却系各组成部件的结构参数和运行参数进行参数设置，并对冷却系统进行模拟计算。GT-COOL的后处理由GT-POST完成，GT-POST是一个功能强大的数据分析工具，可以显示、查看、处理由前处理模块计算的数据结果，可以对冷2却介质的压力分布、温度分布、流量分配以及换热量的变化进行分析，进而对发动机冷却系统的各个部件以及总体性能指标进行全面分析。3.1发动机冷却系统计算模型的建立构成发动机冷却系统基本部件为：发动机、散热器和水

8、泵。在模拟计算中根据发动机冷却系统原理图，模型中除了考虑上述三类部件外，还将各类油水热交换器、节温器、膨胀水箱考虑在内。这样高温回路冷却系统的主要部件有发动机、一级中冷器、散热器、水泵；低温回路冷却系统的主要部件有水泵、散热器、二级中冷器、主传动箱机油换热器、发动机润滑油换热器。模拟计算工作主要针对发动机额定工况下工作时冷却系统的情况进行。所建立的发动机冷却系统计算模型如图2所示。图2HPD发动机冷却系统模型图3.2模拟计算结果应用软件可以方便的计算出该