发动机缸盖冷却水套流场的分析及优化

利用CFD模拟计算软件fluent对汽油机缸盖冷却系统的流动和传热进行数值模拟,给出了汽油机气缸盖部分的冷却水腔内冷却液的流速分布、温度分布,为气缸体冷却水腔部分的优化改进设计提供了参考。根据计算结果对原机气缸体模型中不合理的地方作了相应的改进设计,在确保缸盖水腔内流动性能良好的前提下,改进设计后气缸盖内的流体流动和传热得到了较大的改善。     

考虑沸腾换热的柴油机缸盖冷却水腔结构优化

采用CFD软件Fluent对某六缸柴油机冷却系统的流动和传热进行了数值模拟,对冷却水腔的流动性能进行了分析评估,结果表明,缸盖水腔局部区域流动分布较差,对此作出了相应的结构改进,改进后的缸盖水腔内流动和传热得到了改善。对改进后的模型建立了流体与固体之间的流固耦合传热模型,考虑了沸腾传热对缸盖温度场的影响,结果表明,水腔的沸腾传热有效降低了缸盖火力面鼻梁区和排气道侧的高温。     

基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热

通过车用天然气发动机,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的多场耦合仿真系统.采用直接耦合算法进行气缸盖固体区域与冷却水腔流体区域流固耦合仿真,采用顺序映射的方式进行缸内燃气区域与流固区域多场耦合仿真.通过CFD软件中UDF功能嵌入合适的单相沸腾传热模型对缸盖水腔内传热进行分析计算,并在此基础上结合试验测量结果,对比分析发动机在不同冷却水温度与不同冷却系统压力下缸盖温度场变化趋势.研究表明:多场耦合仿真系统可以解决缸盖传热边界不易给定的难题,能够更真实准确地描述出缸盖复杂传热过程,且考虑沸腾传热因素后有助于提高在不同冷却条件下缸盖热关键区域温度场的计算精度.     

车用柴油机冷却系统的CFD分析

利用计算流体力学商用软件FLUENT对CA498柴油机的冷却水套进行了模拟，给出了整机冷却水套内冷却液的流场，传热系数分布和压力损失。水套总压力的计算结果为40kPA。气缸盖水套保证水流速度高于0.5m/s，冷却良好。气缸体水套结构需要改进，以清除局部冷却液死区，进一步改善冷却均匀性。机油冷却器冷却水腔的流动保证了足够的传热系数。     

某汽油机冷却水套三维CFD分析

鉴于冷却水的流动与传热会直接影响发动机的冷却效率,高温零件的热负荷,整机的热量分配和能量利用,使用计算流体力学(CFD)软件对某汽油机冷却水套进行三维CFD分析,得到了冷却水套内冷却液的流场、换热系数分布、压力损失以及流量分布等信息,计算结果表明:该机冷却水套中流速和换热系数均能满足设计要求;气缸盖3缸冷却效果好于其它两缸。     

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。     

1.5L汽油机气缸盖冷却水套的结构改进与分析

为了提高某1.5L自然吸气汽油机的经济性和降低排放,增加了EGR模块,使气缸盖冷却水套结构发生了变化。本文应用PRO/E三维软件和FIRE软件进行了该机气缸盖水套结构改进设计和数值模拟,得到了冷却液流速分布、换热系数分布、压力损失等信息。与现生产的气缸盖水套分析结果进行了对比,提出了缸盖水套结构改进措施,有效改善了气缸水套的换热能力和流量均匀性。     

增压汽油机水套流场结构分析及优化

汽油机小型化、增压化增加了整机热负荷强度,对冷却水套的设计提出了更高的要求。在某增压汽油机水套开发过程中,探索了一些新的分析设计思路:从总体估计水套的流动趋势,识别流动关键流动通路;逐个单独连通关键缸垫上水口,通过考察水套流场,观测关键流动通路的流量分配,找出水套流场的规律;根据水套流场的规律,针对性地进行结构优化,调整关键流动通路的流量分配比例,使之趋于更均衡更合理。进行水套工况模拟及缸体缸盖热负荷模拟,通过水套表面HTC分布与缸体缸盖温度分布对比证明了水套优化及分析设计思路的合理性和有效性。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式。BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算。     

缸盖冷却水的单相流沸腾模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种单相流沸腾模型.模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相对流传热之和,其中泡核沸腾传热计算采用修正后的容积沸腾传热计算公式.BDL模型在Chen模型的基础上作了改进,考虑了冷却水局部流动参数及饱和状态的影响,适用于局部流动传热计算.     

发动机水流分布试验研究

气缸盖内冷却水的合理分布,有利于降低气缸盖内热负荷,改善各缸工作均匀性以及缸盖可靠性,提升冷却系统效率.进行气缸盖上水孔水流分布的试验研究,也可为气缸盖内冷却水流动数值模拟提供边界务件或者流场的试验验证.本文通过压差法,基于皮托管原理,实现了对某柴油机气缸盖每缸各上水孔冷却水流量的测量,分析了发动机各缸冷却水流量分布均...     

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。     

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。     

基于沸腾传热模型的缸盖水腔设计判据

根据缸盖水腔内可能存在的传热状态及特点定义了强制对流区、部分发展泡核沸腾区、充分发展泡核沸腾区、临界裕量区和过渡及膜态沸腾区五种区域。基于对传热模型带来的误差和水腔设计安全裕度两方面的考虑,提出了缸盖水腔设计的临界极限判定方法。开发了缸盖水腔传热设计判据的软件模块,应用于两款发动机缸盖水腔的设计计算分析,重型商用车柴油机缸盖火力面温度计算值与测试值的最大误差为3.19%,平均误差为1.42%,表明新方法能够较准确地评价缸盖内的传热实际情况。紧凑型柴油机缸盖水腔设计中的应用说明新方法便于用来评判和指导缸盖水腔设计方案的改进。     

截面形状改进设计对缸盖鼻梁区沸腾传热的影响

针对高强化柴油机气缸盖排气门鼻梁区严重的热负荷问题,考虑到不同截面形状沸腾管冷却效果的差异性,在将气缸盖鼻梁区水腔截面结构分别简化为T形、矩形加V形及矩形加半圆形等基础上,对其截面进行了改进设计.采用气、液两相流沸腾传热计算模型,对截面形状改进前、后鼻梁区结构与冷却水腔所组成的流固耦合传热系统进行了仿真计算,计算结果与气缸盖温度场试验结果具有较好的一致性.在此基础上,采用试验设计方法,研究了截面形状改进前、后冷却水进口速度和温度对鼻梁区最高温度的影响.结果表明:截面形状改进后冷却水进口速度和温度对鼻梁区最高温度也具有重要影响;当冷却水进口速度最小或温度最大时,改进后3种截面形状都更有利于鼻梁区的沸腾冷却;改进后在相同的进口速度或温度条件下T形截面形状流道鼻梁区最高温度始终小于改进前.     

BFM1015柴油机气缸盖的改进设计和试验研究

建立了BFM1015柴油机气缸盖进气道和冷却水腔的改进设计模型,对进气道的流通特性进行了试验对比和冷却水腔的流场分析对比,完成了气缸盖改进模型的砂芯快速成型和铸造加工。在单缸柴油机试验台上对改进设计的新气缸盖进行了试验研究并和原气缸盖的试验结果进行了对比分析。结果表明:安装新气缸盖的单缸柴油机在高转速时燃油消耗率比安装原气缸盖时明显降低,降幅最高达到7g/(kW.h);在相同负荷下,新气缸盖火力面的温度比原气缸盖显著下降,在排气门鼻梁区温度下降最明显,最高下降61.8K;新气缸盖的传热能力比原气缸盖提高约50%。     

高功率条件下气缸盖的温度测试和改善冷却的数值模拟

在强化条件下对BFM1015柴油机气缸盖的温度场进行了试验研究,总结了气缸盖温度随负荷变化的规律及强化带来的问题.对冷却水腔进行了流动数值分析,发现冷却水对气缸盖火力面附近关键区域冷却效果较差且冷却效果不对称,在加大冷却水流量时更为显著.对原气缸盖冷却水腔进行了改进设计,通过改变局部结构和流场,改善了水流的对称性并提高了火力面附近关键区域的流速,在提高流量时延续了较好的效果.对改进后气缸盖的温度场进行了仿真计算,与原气缸盖的仿真结果进行了对比.结果表明,水腔改进后冷却水有效改善了气缸盖的冷却状况,柴油机负荷越大改善效果越明显.     

缸盖冷却水的沸腾传热模型

针对缸盖水腔内的冷却水流动沸腾传热计算,本文介绍了两种沸腾传热模型。模型认为流动沸腾总传热量等于泡核沸腾和单相流对流传热之和,介绍了常用的Chen模型,然后介绍了一种基于加权叠加方法基础上的。计算过冷流动沸腾传热的新模型Franz模型。     

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC＋＋6．0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法。通过与实验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算。实验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显。最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流度分布情况。     

一种适用于缸盖水腔沸腾传热计算的模型

基于VC 6.0开发了一种单相流沸腾传热模型,通过引入空泡份额的概念将沸腾发生时的流场看作一个气液均匀混合的单相流,从数学上对该模型进行了描述并介绍了模型的数值实现方法。通过与实验结果的对比,表明模型适用于缸盖冷却水腔内沸腾传热计算。实验和计算结果还表明,压力对沸腾传热的影响较为明显。最后以226B型发动机水腔为工程应用对象,计算出了水腔内的空泡份额分布和水腔内的流度分布情况。