flowmaster进行发动机散热冷却系统的模拟分析.doc

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1、511．概述31．1仿真目的31．2系统概述31．3仿真要求32．冷却系统原理43．冷却系统模型63．1Flowmaster建模过程63．1．1建模的原则63．1．2复杂系统的建模63．1．3建模、分析过程63．2理论基础103．2．1流动阻力方程103．2．2质量守恒方程103．2．3压力损失方程103．2．4换热方程113．2．5整体求解113．3建模过程123．3．1发动机本体的建模133．3．2温度控制阀的建模173．3．3水泵的建模193．3．4换热器的建模213．3．5水箱的建模233．3．6管道、弯头、三通等部件的建模253．3．7阀门的

2、建模273．3．8过滤器的建模283．3．9边界条件的处理283．4主要参数294．分析结果314．1压力分布314．2流量分布334．3温度分布354．4与实验结果对比384．5需进一步展开的工作385．结论40附录一常用材料的发射率41附录二元件参数421．发动机水套参数422．水泵参数423．换热器参数434．阀门（含温控阀）参数445．管道参数446．损失元件参数457．边界条件参数45附录二仿真结果46511．冷却系统压力分布462．冷却系统温度分布473．冷却系统流量分布48511．概述1．1仿真目的针对某发动机，采用Flowmaster软

3、件进行冷却系统的仿真计算，得出系统热负荷情况，详细分析整个冷却系统中压力、流量及温度的分布情况，从而为冷却系统的优化设计提供理论依据。1．2系统概述某柴油机为中型船舶用推进动力发动机，直列6缸，功率约2500kW。1．3仿真要求利用Flowmaster仿真软件，建立6缸柴油机冷却系统的仿真模型，模型应能够满足对整个流体系统进行分析的要求；根据提供的柴油机运行工况和其他必要的参数，利用Flowmaster对一款柴油机冷却系统进行仿真分析，并对冷却系统的流量分配及压力、温度分布等进行分析和评估；提交柴油机冷却系统的仿真分析流程和元件模型特点和应用方法、模型

4、选择和组合应用的基本原则及仿真分析过程参数设置的方法等说明文档；提供柴油机冷却系统瞬态分析建模和参数分析方法，以及一维、三维和多学科优化软件的耦合分析的方法说明，并提供一个应用示例；仿真分析软件采用FlowmasterV6.5版本；提交的仿真分析等报告的格式和内容需满足甲方的要求。512．冷却系统原理发动机的冷却系统对发动机平稳工作非常重要，冷却系统可以保证缸头和机体的温度维持在一定范围内，一旦温度过高，可能会导致拉缸，同理，如果温度过低，会使润滑油粘度增加，发动机运动构件的摩擦阻力增加，发动机有效功降低。只有温度在一个比较合适的范围内时，发动机才能平

5、稳地、高效地运行。不同的发动机，冷却系统的构成可能会有所不同，但基本原理是相同的，冷却系统的基本工作原理为：冷却水泵将循环冷却水压入发动机内，冷却水经过发动机冷却水套，吸收热量，温度上升，然后冷却水流出机体，进入换热器，与另一路流体在此进行热交换，温度降低，流回冷却水泵，再次被压入发动机水套。冷却水就是这样不断地循环，不断地进行吸热、放热的过程，使发动机维持恒定温度的。要使发动机工作在合适的温度下，必须对冷却水在机体外部的散热量进行控制，因此，在发动机出口设置温度控制调节阀。它的入口只有一个通道，而出口有两个通道，出口的一个通道通往换热器，称为大循环；

6、另一路通道则不经过换热器，而是直接通往冷却水泵入口，称为小循环。温度控制调节阀通过调节流过两条支路的流量，来保证水泵入口的温度，从而使发动机维持在工作温度。由于船舶一直行驶在水中，因此对于船舶发动机冷却系统来说，利用外部水源非常方便。但是，外部水源的水质不满足发动机冷却水水质的要求，所以，船舶发动机的冷却系统设置成多级冷却。如图2-1所示，为某六缸发动机的冷却系统原理图。整个冷却系统分为高温回路、低温回路与海水支路三个系统。其中高温淡水与低温淡水系统为闭式循环，而海水系统为开式系统。图2-1冷却系统原理图注：图中粗实线为柴油机内部管道系统测量装置；细实

7、线为动力装置管系；点划线为海水管系。表2-1为冷却系统原理图中相应部件的名称。直接与发动机换热的冷却水称为高温系统。高温系统中，气缸两侧分别有进、出水总管，总管连接，冷却水能够通了各气缸水套过总管分别进入各缸进行换热。冷却水流出发动机后经温控阀FR1后，一部分经小循环流回循环水泵入口，一部分经过高温淡水换热器FH1，再流至循环水泵入口，两部分水进入循环水泵前混合，经循环水泵后，被压入增压空气中间冷却器高温级换热器CH1，吸收增压空气的热量后，进入发动机冷却水套中。不直接与发动机水套进行换热的淡水系统称为低温系统。低温系统中的冷却水经由水泵压出，进入增压

8、空气中间冷却器低温级换热器CH2，吸热后温度上升，再流入润滑油冷却器LH1，温度再次升高，而后