汽油机冷却水套性能数值模拟与优化研究

论文摘要

随着汽油机的不断强化,缸体与缸盖的传热和热负荷已成为影响汽油机综合性能的重要因素。开发具有流动阻力小、传热性能优的冷却水套则是车用汽油机能否在21世纪仍作为交通运输领域主要动力的一个重要条件。因此,汽油机冷却水套热平衡分析、汽油机冷却水套流场分析及其性能优化对保证汽油机零部件保持适宜工作温度,确保其工作可靠性和良好性能、实现节能减排目标具有重要的现实意义。本文以湖南大学“985”二期——汽车先进设计制造技术科技创新平台(教重函[2004]1号)为依托,以实现提高汽油机的工作稳定性和改善汽油机动力性、经济性和排放性为目的,论文的主要工作如下:(1)建立了汽油机冷却水套热平衡方程,并对传热性能影响因素进行了重要程度分析,为汽油机冷却水套热设计提供很好的理论依据。(2)对某四缸汽油机冷却水套内的流场进行了数值模拟,结果表明,该冷却水套整体上能达到设计要求的冷却效果,但局部冷却不足,易导致缸盖排气侧冷却差以及缸盖和缸垫上水口处压力存在较大损失等问题。(3)针对某四缸汽油机冷却水套存在的问题,采用了相应的性能优化措施—增大第1缸和第2缸之间的水孔的直径、将第3缸和第4缸进气门侧的水孔位置往出水口端移动以及增大将排气侧的部分水孔的直径。优化后仿真结果表明,缸盖排气侧的冷却能力增强,冷却水套冷却性能整体上得到较好的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 发动机冷却水套研究现状
• 1.2.1 发动机冷却水套国外研究现状
• 1.2.2 发动机冷却水套国内研究现状
• 1.3 课题来源及本文的主要内容
• 1.4 课题研究方法及技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 本章小结
• 第2章 汽油机冷却水套热平衡和设计要求
• 2.1 汽油机的热平衡
• 2.2 汽油机冷却水套的冷却与传热
• 2.3 汽油机冷却水套的设计原则
• 2.3.1 缸盖冷却水套的设计原则
• 2.3.2 机体冷却水套的设计原则
• 2.4 汽油机冷却水套热平衡分析与设计原则实例
• 2.5 本章小结
• 第3章 汽油机冷却水套性能数值仿真研究
• 3.1 计算流体动力学简介
• 3.2 流体动力学控制方程
• 3.2.1 连续方程（质量守恒方程）
• 3.2.2 动量守恒方程
• 3.2.3 能量守恒方程
• 3.3 湍流方程模型
• 3.4 控制方程的离散方法
• 3.4.1 有限元法
• 3.4.2 有限差分法
• 3.4.3 有限体积法
• 3.5 边界条件及初始条件
• 3.5.1 进出口边界条件
• 3.5.2 壁面边界条件
• 3.5.3 初始条件
• 3.6 冷却水套数值计算流程
• 3.7 本章小结
• 第4章 汽油机冷却水套三维CFD 分析
• 4.1 SC/Tetra 软件介绍
• 4.2 汽油机主要参数
• 4.3 汽油机冷却水套几何模型的建立
• 4.4 汽油机冷却水套的网格模型的建立
• 4.5 边界设定
• 4.5.1 入口边界条件
• 4.5.2 出口边界条件
• 4.5.3 壁面边界条件
• 4.5.4 初始条件
• 4.6 计算控制
• 4.7 计算结果与分析
• 4.7.1 冷却水套的整体分析
• 4.7.2 速度场分布
• 4.7.3 缸垫水孔流量分布
• 4.7.4 冷却水套分析结论
• 4.7.5 本章小结
• 第5章 汽油机冷却水套优化及分析
• 5.1 冷却水套优化改进方案
• 5.1.1 优化后冷却水套的整体分析
• 5.1.2 优化后速度场分布
• 5.1.3 优化后缸垫水孔流量分布
• 5.1.4 优化改进方案CFD 分析总结
• 5.1.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢