柴油机冷却系统工作过程数值仿真与试验研究

论文摘要

随着发动机升功率的不断提高,产生的热流密度也随之增大,普遍存在着发动机冷却液温度过高的问题。因此,对发动机冷却系统进行整体优化改进,解决高功率密度下发动机冷却和热平衡问题是必须突破的技术关键。本文同时结合试验研究和仿真计算,对一台车用柴油机冷却系统的冷却性能和热平衡状态进行了深入研究,主要内容如下:(1)针对所研究的重载柴油机进行水流分布试验和热流分布试验,确定各缸冷却水流量分布情况和冷却系统各部件热流分布情况,为后续仿真计算模型验证与分析提供试验依据。(2)根据冷却部件的具体布置,建立该发动机冷却系统的计算数学模型,利用试验数据对模型可信性进行验证。改变发动机冷却系统的部分参数,如散热器效率、水泵流量等,通过模拟计算和对比,对影响冷却性能的因素进行详细分析并提出可行的改进方案。(3)建立该发动机冷却水套的三维模型,然后对单缸水套三维模型进行CFD计算。利用试验结果对CFD计算结果进行可信性验证,然后对水套关键流动区域,如缸盖内鼻梁区以及缸体内腔等流动情况进行分析。(4)研究表明,原机型水套各缸之间存在着水流分布和热流分布不均匀的问题,缸盖水套流动较好,但是缸体流动情况有待优化改进。原机型所配冷却部件能基本满足车辆在中高速行驶时的冷却要求,但是要满足在夏季高温、低速行驶时的冷却要求需要对相关冷却部件进行再匹配。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源、目的及意义
• 1.2 影响发动机冷却系统的因素、目前存在的问题以及要求
• 1.3 现代发动机冷却系统的研究现状及发展方向
• 1.4 展望
• 1.5 本文的主要工作
• 2 冷却系统工作过程计算
• 2.1 冷却系统计算的主要参数
• 2.2 冷却系统设计的有效性及计算工况点的确定
• 2.3 冷却系统的评价
• 2.4 FLOWMASTER 软件简介
• 3 三维CFD 计算原理
• 3.1 流体运动控制方程
• 3.2 控制方程的离散化
• 3.3 离散方程的求解方法
• 3.4 CFD 计算分析流程
• 4 柴油机冷却系统试验
• 4.1 柴油机主要技术参数和冷却系统部件结构布置
• 4.2 冷却系统热流分布试验
• 4.3 本章小结
• 5 柴油机冷却系统工作过程仿真计算
• 5.1 计算模型建立
• 5.2 计算模型边界条件
• 5.3 模型计算可信度验证
• 5.4 计算结果及分析
• 5.5 对原机冷却性能的综合评价
• 5.6 对原机冷却系统匹配的综合改进方案
• 5.7 本章小结
• 6 柴油机水套三维流动计算
• 6.1 柴油机冷却水套三维模型
• 6.2 水套计算网格
• 6.3 水套CFD 计算边界条件
• 6.4 计算结果可信度分析
• 6.5 计算结果及分析
• 6.6 本章小结
• 7 全文工作总结与今后研究展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 今后研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读学位期间发表的论文目录