小型强化汽油机横流冷却系统性能数值模拟及优化研究

发布时间：2017-12-01 08:19

  本文关键词：小型强化汽油机横流冷却系统性能数值模拟及优化研究

  更多相关文章： 小型强化 冷却系统 横流水套 联合仿真 压损 优化设计

【摘要】：为了满足日趋严格的油耗排放法规,发动机的强化程度不断提高,导致了缸盖鼻梁区的热负荷逐渐增大,对发动机冷却系统的性能提出了更高的要求。本文以一台正向设计开发的满足国ⅴ排放法规的小型强化三缸汽油机为研究对象,应用一维三维联合仿真的数值模拟计算方法对该发动机横流冷却系统的性能进行优化设计研究,并提出改进优化方案,通过总结横流冷却流场的结构优化规律,为新型的横流式冷却系统的开发设计提供了可靠的参考依据。本文的主要研究内容如下:首先,根据发动机冷却系统循环水路的分布及各冷却元件参数,搭建冷却系统一维计算模型,对1.0T发动机的冷却系统进行初步评估,并据此获得横流水套流量、压降等基本参数。其次,以机体、缸盖冷却水套为主要研究对象,建立横流冷却水流场的三维CFD计算模型,根据一维计算得到的发动机水套入口流量边界,对初步设计的横流水套的压力、流场及换热系数进行详细的分析。结果表明,三维横流水套的进出水口压力损失达到60.5kpa,远高于冷却系统设计的要求,初步设计的横流水套阻力过大,并且缸体水流场存在着分布不均匀等问题。再次,针对上述问题,提出包括增加水套进出水口高度、布置导流结构、调整缸垫水孔和挡水板水孔等水套结构优化方法,在保证缸盖、缸体水套关键区域流速和换热满足要求的前提下,尽可能降低横流水套的压力损失。最终的优化方案压力损失降低到41.6kpa,并基于此方案进行不同流量边界条件下的三维横流水套CFD计算,得到流量-压降曲线。以此曲线作为冷却系统一维模型中冷却水套的特性曲线,结合供应商更新后的冷却元件参数,对优化后的1.0T发动机的冷却系统进行一维计算。结果表明,在额定工况下优化后的横流冷却系统各处的压力、流量及温度满足设计要求。最后,该汽油机的第一代样机试验结果表明,该汽油机的动力性和经济性各项指标均达到了设计要求,冷却系统指标正常,对本文横流冷却系统的优化设计进行了验证。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411

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