车用柴油机冷却系统的优化设计

在柴油机设计开发过程中,考虑到热负荷高、各缸孔间冷却均匀性差、缸盖鼻梁区出现热裂等现象的出现,本文对整机冷却水流速与换热进行模拟分析。通过模拟计算分析,得出冷却水在缸体进气侧从第一缸向第四缸流动过程中,流速与换热系数明显下降,这将会引起柴油机热负荷高、冷却均匀性差;喷油器和气门周边区域换热系数低,这将会是缸盖鼻梁区热裂的主要成因。针对上述设计开发过程中首先要考虑的潜在影响因素,本文提出了缸体水套设计优化方案、缸盖垫片优化设计方案;通过模拟计算的手段,得出本文提出的冷却系统优化设计方案,通过该方案的实施,有效降低产品设计完成后热负荷高、冷却均匀性差以及缸盖鼻梁区热裂等潜在失效风险。     

降低车用6缸柴油机热负荷的研究

针对某车用6缸柴油机整机热负荷过高,气缸盖鼻梁区出现热裂等问题,进行了整机热负荷、气缸盖底部温度测量、气缸盖底面上水孔水流分布等试验研究和水套内三维数值模拟分析。结果表明:水散热器散热能力不足和冷却水流量偏小是导致该型柴油机热负荷过高的主要原因;气缸盖水套内水流不合理,仅有约12.22%的冷却水对气缸盖底部进行了有效的冷却,是气缸盖底部热负荷过高造成鼻梁区热裂的主要原因。基于此,提出了4种气缸盖结构改进方案,通过数值模拟和试验验证得出,改进方案一能使气缸盖底部流速提高1.68倍,气缸盖鼻梁区最高温度降低12.2℃。采用气缸盖改进方案在同时提高冷却水泵转速、改善水散热器能力,不仅可进一步改善气缸盖热负荷,使鼻梁区温度降低,而且还可较好地解决整机热负荷问题。     

基于CFD的船用柴油机缸体水套设计

利用数值模拟对6170型船用柴油机的冷却水套进行了冷却性能研究,优化设计了缸体冷却水套.对原机缸体冷却水套内冷却水的流场分布、冷却水套内壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.计算结果表明：原机缸体水套上部存在冷却强度不足、冷却均匀性差的缺陷,不能满足缸套冷却要求.通过计算提出了提高缸体上部冷却强度及改善冷却均匀性的优化设计方案,从而满足了气缸套的冷却需要,确保了发动机工作的可靠性.     

车用柴油机冷却水套的CFD分析与优化

利用三维造型软件Pro／E对某一六缸柴油机冷却水套建立模型,并用CFD软件Fluent进行模拟计算,得到整机冷却水套内冷却液速度分布、压力损失以及各缸流量分布等信息。分析结果表明：缸盖水套虽满足设计要求,但缸体水套存在冷却不足、均匀性差的缺陷。改进方案的模拟分析表明,改进后缸体水套冷却更为均匀,流动性能比原机水套有明显的改善。     

基于热流固直接耦合法的柴油机冷却水腔结构优化分析

针对495ZLQ柴油机原冷却水腔结构存在机体水腔周向流动不善,缸盖水腔后部及底部存在低流速区的问题,提出了三套改进优化方案。采用热流固直接耦合法分别建立机体-缸盖-缸套-缸垫-冷却水腔的整机流-固耦合传热模型,利用自适应网格划分技术进行网格划分,进行了不同柴油机工况下的数值模拟计算。研究结果表明:在不同工况下,方案3为最优方案;对于机体冷却水腔,采用双侧进水使得优化后的机体第一、第二缸排气侧冷却水流量比原机增大了约2.5倍,改善了机体水腔内冷却液的周向流动,降低了缸套内表面进排气侧的周向温差;对于缸盖,降低主喷孔高度及设计引流帽结构可以提高缸盖鼻梁区冷却液的流速,从而改善该处的热负荷状况。     

基于CFD的柴油机冷却水套性能仿真分析优化

为保证柴油机可靠性和耐久性,必须进行有效冷却.冷却水套作为传热过程中的重要结构,直接影响柴油机的冷却效率和高温零部件的热负荷.本文对某四缸柴油机冷却水套进行了计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,分析了缸体和缸盖的关键区域流场状况,针对冷却液流速偏低的区域进行了优化...     

某4缸乘用车柴油机冷却水套的设计优化

介绍了长城汽车研发的一款高性能"2.0VGT"柴油发动机冷却水套的设计优化过程,该发动机在进行可靠性试验过程中发现缸盖第1缸鼻梁区存在裂纹,导致冷却水渗入燃烧室发生失火。经过CFD模拟分析,采用优化垫片水孔结构,调整水孔上水量,得到优化后方案整体压力场,局部速度、对流传热系数、温度场的分布等均比优化前有明显改善。特别是优化后方案提高了缸盖第1缸鼻梁区(排气道与喷油器之间水路)冷却水的流速,避免了鼻梁区由于热负荷较大而导致的结构断裂问题。     

六缸柴油机冷却系统流动与传热的数值模拟研究

冷却水的流动与传热直接影响柴油机的冷却效率、高温零件的热负荷、整机的热量分配和能量利用。在冷却系统传热计算时，利用流固耦合的方法，较为准确地确定了缸体水套的传热边界条件。采用CFD商用软件STAR—CD对直列六缸柴油机的冷却系统的流动与传热进行三维数值模拟，给出了整机冷却水套内冷却液的流场、换热系数及压力场分布，为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据。     

卧式柴油机冷却水流动特性的影响因素研究

针对卧式柴油机强制冷却闭式循环系统水套结构,试验研究了不同工况下水套入口流量及关键点的温度和压力。采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,并进行了试验验证。设计了冷却水套结构参数正交方案,通过CFD模拟分析了水泵出水流量、公共水腔截面形状和面积、缸体及缸盖入水孔的设置和分布等水套结构参数对冷却水流动的影响关系。研究结果表明:卧式柴油机缸体入水孔截面积和布置对缸体水套冷却水流动、冷却效果和冷却均匀性有很大的影响;卧式柴油机缸盖入水孔的位置、孔数和截面积等结构参数对缸盖水套的冷却水流动、冷却效果、冷却均匀性及进/排气侧的冷却分布等均有很大的影响。     

发动机冷却水套设计及改进

针对某发动机设计了冷却水套并运用三维数值仿真技术对该水套冷却性能进行仿真分析发现,缸盖排气侧高温区的流场分布极不均匀,冷却液未能实现对缸体的完全绕流冷却,缸体水套存在局部低流速区。进一步分析发现,分水孔对流场分布具有很大的影响,并据此修改分水孔方案。仿真结果表明:改进方案缸盖高温区流场分布比较均匀,冷却液也实现了对缸体的完全绕流冷却,消除了原水套中的低流速区,高温区局部平均流速1.7 m/s,传热系数12 000 W/(m~2·K),水套平均流速大于0.5 m/s,冷却性能得到了改善。最后分析了金属纳米流体的强化换热效果,结果表明:浓度5%的铜水纳米流体局部传热系数比纯水提高了41%,效果明显的同时所需泵功也有所增加。