CFD在多缸柴油机冷却系统设计中的应用

发布时间：2017-04-13 20:17

  本文关键词：CFD在多缸柴油机冷却系统设计中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 柴油机冷却系统中冷却介质的三维流动直接影响柴油机的冷却效率、高温零件的热负荷、柴油机的热量分配和能量利用，尤其对高强化多缸柴油机，还影响到各缸冷却的均匀性，这不仅关系到柴油机的动力性和经济性，而且关系到柴油机的可靠性和耐久性，一直都是设计者关注的焦点问题。在柴油机冷却系统流动的研究中有试验和数值模拟两种方式，但是由于多缸柴油机冷却系统结构复杂，且被完全封闭在机体内部，冷却介质流动机理也十分复杂，这使得冷却液腔内的三维流动与传热实验研究异常难做，而且实验也得不到三维流动的详细信息。近年来，随着计算机和计算流体力学(CFD)的发展，柴油机冷却系统的三维流动数值模拟已经到了广泛应用，特别是在对柴油机冷却系统进行优化设计时，三维数值模拟更为有利。为此，本文利用大型通用CFD软件STAR-CD对CA6DE系列柴油机冷却系统进行优化设计，并利用实验验证数值模拟方法的有效性和准确性。 在对原机冷却系统流动与传热模拟研究中。几何模型包含了整个冷却系统(缸体水套、缸盖水套、油冷器水套等)，这样能充分反映出整个冷却系统的性能。计算网格采用非连续的、完全非结构化的网格，对于壁面附近采用边界层网格处理，这样网格既能很好地适应冷却系统复杂的几何表面，，又进一步保证网格质量，另外利用局部加密技术对重点区域进行处理使网格更加完善。热边界条件，通过已有的气缸盖—活塞组—气缸套耦合传热数值模拟软件，计算出缸盖、缸体、活塞的温度分布，从而较准确的给出壁面温度。通过CFD模拟计算可以得到各缸冷却水流量分配、整体和局部流场、压力场分布，同时可以给出壁面换热系数的分布，以及对整个冷却系统的设计效果进行评价。 经过原机三维数值模拟研究，找到其设计缺陷，并提出改进方案，同时对改进后结构进行三维建模和数值模拟。结果表明，改进后结构缸体各缸冷却更为均匀；缸盖三角区流动速度得到极大提高且较为均匀；缸体水套底部死区消失，杜绝了形成蒸汽气囊的可能性，上部流场速度大幅度增加，满足了设计要求，并形成了周向流动。由此可见，利用三维数值模拟研究方法对多缸柴油机冷却系统进行研究，可以很好地支持改进设计，进一步说明改进设计方案的有效性，同时还可以发现改进设计后存在的问题。 最后，利用实验验证三维数值模拟计算结果的有效性。实验可以是直接测量计算所体现的结果，也可以是计算所体现的趋势。一般来说直接测量CFD的计算结果是非常困难的，计算结果是个绝对值且精准的数据，但测量结果往往比较宏观。所以正常情况下把注意力集中在趋势的比较中。 将三维数值模拟方法应用到多缸柴油机冷却系统的优化设计中，可以对整体改进设计效果进行评定，使柴油机结构参数和性能参数达到优化，将把柴油机的设计方法和理论研究带入一个新的发展阶段。
【关键词】：柴油机 冷却系统 三维流动 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK422
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究的意义和应用价值10-12
• 1.2 柴油机冷却系统的研究方法12-14
• 1.2.1 试验研究12
• 1.2.2 数值模拟12-14
• 1.3 柴油机冷却系统CFD分析研究的进展与现状14-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-20
• 2 原机冷却系统流动与传热三维数值模拟分析20-40
• 2.1 模型建立20-30
• 2.1.1 数学模型20-27
• 2.1.2 原机结构参数27
• 2.1.3 几何模型27-28
• 2.1.4 计算网格模型的建立28-29
• 2.1.5 计算模型及边界条件29-30
• 2.2 计算结果及分析30-38
• 2.2.1 各缸冷却水流动均匀性分析31-32
• 2.2.2 缸体水套流动与传热分析32-35
• 2.2.3 缸盖水套流动与传热分析35-38
• 2.3 本章小结38-40
• 3 改型设计及计算40-57
• 3.1 改型设计40-42
• 3.2 改型计算模型42-43
• 3.2.1 数学模型42
• 3.2.2 三维几何模型42
• 3.2.3 三维计算网格42-43
• 3.2.4 边界条件43
• 3.3 改型与原型计算结果对比分析43-55
• 3.3.1 各缸冷却水流动均匀性43-45
• 3.3.2 缸盖冷却水流动分析45-52
• 3.3.3 缸体冷却水流动分析52-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 实验研究及CFD数值模拟结果的验证57-63
• 4.1 缸盖水流试验57-59
• 4.1.1 缸盖水流试验的方法及试验设备57
• 4.1.2 缸盖水流试验结果及对比57-59
• 4.2 热负荷测试59-61
• 4.2.1 热负荷测试试验的方法及试验设备59-60
• 4.2.2 热负荷测试结果60-61
• 4.3 实验总结61-63
• 5 结论及展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 马仁昕;赵永成;;柴油机缸体水套建模及流体动力学分析[J];科技创新导报;2010年36期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 雷基林;高效低污染非道路卧式柴油机关键技术研究[D];昆明理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 陈志娥;冷却水套结构对卧式柴油机冷却水流动特性影响研究[D];昆明理工大学;2010年

2 吴丽丽;3GA6汽油机水套CFD分析[D];吉林大学;2011年

3 徐聪聪;柴油机气缸盖热—流—固多场耦合仿真研究[D];中北大学;2011年

4 赵伟;柴油机冷却液流动及流固耦合传热分析[D];中北大学;2011年

5 胡祝昌;基于多场耦合分析的柴油机气缸盖结构仿真研究及疲劳寿命预测[D];中北大学;2012年

6 李斌;基于流固耦合的发动机冷却水套—缸体传热研究[D];湖南大学;2012年

  本文关键词：CFD在多缸柴油机冷却系统设计中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304389