CFD在多缸柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)的三維流動(dòng)直接影響柴油機(jī)的冷卻效率、高溫零件的熱負(fù)荷、柴油機(jī)的熱量分配和能量利用，尤其對(duì)高強(qiáng)化多缸柴油機(jī)，還影響到各缸冷卻的均勻性，這不僅關(guān)系到柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且關(guān)系到柴油機(jī)的可靠性和耐久性，一直都是設(shè)計(jì)者關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。在柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)流動(dòng)的研究中有試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方式，但是由于多缸柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且被完全封閉在機(jī)體內(nèi)部，冷卻介質(zhì)流動(dòng)機(jī)理也十分復(fù)雜，這使得冷卻液腔內(nèi)的三維流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)研究異

2、常難做，而且實(shí)驗(yàn)也得不到三維流動(dòng)的詳細(xì)信息。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的發(fā)展，柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的三維流動(dòng)數(shù)值模擬已經(jīng)到了廣泛應(yīng)用，特別是在對(duì)柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，三維數(shù)值模擬更為有利。為此，本文利用大型通用CFD軟件STAR-CD對(duì)CA6DE系列柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的有效性和準(zhǔn)確性。 在對(duì)原機(jī)冷卻系統(tǒng)流動(dòng)與傳熱模擬研究中。幾何模型包含了整個(gè)冷卻系統(tǒng)(缸體水套、缸蓋水套、油冷

3、器水套等)，這樣能充分反映出整個(gè)冷卻系統(tǒng)的性能。計(jì)算網(wǎng)格采用非連續(xù)的、完全非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格，對(duì)于壁面附近采用邊界層網(wǎng)格處理，這樣網(wǎng)格既能很好地適應(yīng)冷卻系統(tǒng)復(fù)雜的幾何表面，又進(jìn)一步保證網(wǎng)格質(zhì)量，另外利用局部加密技術(shù)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行處理使網(wǎng)格更加完善。熱邊界條件，通過(guò)已有的氣缸蓋-活塞組-氣缸套耦合傳熱數(shù)值模擬軟件，計(jì)算出缸蓋、缸體、活塞的溫度分布，從而較準(zhǔn)確的給出壁面溫度。通過(guò)CFD模擬計(jì)算可以得到各缸冷卻水流量分配、整體和局部流場(chǎng)、壓力場(chǎng)分

4、布，同時(shí)可以給出壁面換熱系數(shù)的分布，以及對(duì)整個(gè)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。 經(jīng)過(guò)原機(jī)三維數(shù)值模擬研究，找到其設(shè)計(jì)缺陷，并提出改進(jìn)方案，同時(shí)對(duì)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和數(shù)值模擬。結(jié)果表明，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)缸體各缸冷卻更為均勻；缸蓋三角區(qū)流動(dòng)速度得到極大提高且較為均勻；缸體水套底部死區(qū)消失，杜絕了形成蒸汽氣囊的可能性，上部流場(chǎng)速度大幅度增加，滿足了設(shè)計(jì)要求，并形成了周向流動(dòng)。由此可見，利用三維數(shù)值模擬研究方法對(duì)多缸柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究，可

5、以很好地支持改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步說(shuō)明改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的有效性，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)后存在的問(wèn)題。 最后，利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的有效性。實(shí)驗(yàn)可以是直接測(cè)量計(jì)算所體現(xiàn)的結(jié)果，也可以是計(jì)算所體現(xiàn)的趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)直接測(cè)量CFD的計(jì)算結(jié)果是非常困難的，計(jì)算結(jié)果是個(gè)絕對(duì)值且精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，但測(cè)量結(jié)果往往比較宏觀。所以正常情況下把注意力集中在趨勢(shì)的比較中。 將三維數(shù)值模擬方法應(yīng)用到多缸柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以對(duì)整體改進(jìn)設(shè)計(jì)效