发动机冷却系统仿真优化模拟及试验研究

发布时间：2017-10-26 01:09

  本文关键词：发动机冷却系统仿真优化模拟及试验研究

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【摘要】：随着发动机行业的飞速发展,传统的研发流程由于缺少科学的理论计算依据导致废品率高、实验成本高、研发周期长的弊端,已经无法满足现代发动机研制及市场更新换代的需求,利用现代CAE仿真技术在发动机图纸阶段对发动机的性能进行预测,通过优选方案减少发动机在试验阶段的方案数量显得尤为重要。本文针对P型发动机进行研究,分析、优化了发动机的冷却水套及配套的整车热平衡。本文主要内容包括:首先,冷却水套设计的合理性对发动机的冷却效果有着至关重要的作用。采用AVL公司的FIRE软件对三种水套结构进行了详细的CFD仿真计算。总共计算比较了 3个水套方案,分别是:原方案、方案1和方案2。其中:方案1是在原方案基础上将原方案的机体进排气间的水道改为φ3.5交叉孔;将缸盖前端1、2缸的上水孔全部取消,后端3、4缸的上水孔加大,且排气侧上水孔比进气侧的大。方案2是在原方案基础上将原方案的机体进排气间的水道改为φ3.5交叉孔(即机体水套同方案1);保留了缸盖前端的上水孔,从前到后将上水孔逐渐加大,排气侧上水孔比进气侧的大。计算结果发现:相比原方案,方案1与方案2方案的排气侧的水套流动改善很多,在进气侧后端也有改善。但方案1由于取消了前端的上水孔,在前端进气侧有几处死区;相比原方案,方案1和方案2的缸盖前端的水套流动分布要均匀一些。但方案1的缸盖后端的水套流动反而变差,原因在于上水孔的流速较低所致。综合来看,方案2方案较优。因此,最后P型发动机的水套选用方案2进行设计。然后,研究了影响汽车冷却系统的组成及影响汽车冷却系统的一些因素。为P型发动机选配一款首配车辆,采用Flowmaster软件及Flowmaster_AVS模块对整车热平衡系统进行分析,通过仿真,结果显示,采用的冷却包可以满足整车冷却系统的要求。最后,与汽车厂合作,为P型发动机搭载一款首配车辆,对仿真确定的整车冷却系统配置进行整车热平衡测试,以对该车型的冷却系统进行最后确认。实车测试结果表明,整车冷却系统满足匹配要求,并对使用1年后车辆的整车冷却系统再次进行热平衡试验,结果显示也满足匹配要求,也证明了文中的CFD仿真计算是合理的,大大提高了匹配的一次性成功率。结果表明:通过CAE仿真技术的应用,在P型发动机冷却系统设计及搭载P型发动机的整车冷却系统匹配方面取得了较好效果,大幅度缩短了开发周期,大大提高了匹配的一次性成功率,对后续发动机冷却系统开发及发动机和整车冷却系统的匹配提供了可以借鉴的研发手段。
【关键词】：发动机 冷却水套 冷却包 整车热平衡测试
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9;U464.138
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 选题背景11-13
• 1.2 国内外冷却系统研究现状13-15
• 1.2.1 概述13
• 1.2.2 研究现状13-15
• 1.2.2.1 冷却系统的能控化13-14
• 1.2.2.2 温度设定点的合理调节14
• 1.2.2.3 改善冷却系统的主要措施14-15
• 1.2.2.4 发动机空气流动和冷却液流动的研究15
• 1.3 整车冷却系统的研究方法15-17
• 1.3.1 经验计算法15-16
• 1.3.2 试验研究16
• 1.3.3 数值模拟16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 P型发动机冷却水套CFD仿真分析18-32
• 2.1 发动机仿真技术的发展与应用18-20
• 2.1.1 发动机仿真技术的发展18-19
• 2.1.2 发动机仿真技术的应用19-20
• 2.2 P型发动机冷却水套CFD仿真分析概述20-22
• 2.3 湍流模型及计算方法22-23
• 2.4 建立计算模型及建立边界条件23-24
• 1. 建立计算模型23
• 2. 边界条件23-24
• 2.5 计算结果与分析24-31
• 1. 机体水套速度及热传递系数分布24-26
• 2. 缸盖水套速度及热传递系数分布26-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 汽车冷却系的影响因素分析32-39
• 3.1 汽车冷却系的组成32-36
• 3.2 汽车冷却系的影响因素36-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 P型发动机整车匹配热平衡分析39-53
• 4.1 试验选择点39
• 4.2 整车主要散热部件参数39
• 4.3 计算模型和边界条件39-49
• 4.4 计算结果与分析49-52
• 4.5 结论52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 整车试验验证53-59
• 5.1 试验条件及方法54
• 5.1.1 试验条件54
• 5.1.2 试验设备及仪表54
• 5.1.3 试验方法54
• 5.2 试验数据54-55
• 5.3 试验结果55-56
• 5.4 一年后的效果跟踪56-58
• 5.4.1 试验数据56-57
• 5.4.2 试验结果57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 全文总结与展望59-61
• 6.1 全文总结59-60
• 6.2 创新点60
• 6.3 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：1096322