基于CFD的柴油机气缸体冷却水腔改进设计

利用CFD模拟计算软件FIRE对六缸柴油机冷却系统的流动和传热进行数值模拟,给出了柴油机气缸体部分的冷却水腔内冷却液的流速分布、传热系数分布和压力损失,为气缸体冷却水腔部分的优化改进设计提供了参考.根据计算结果对原机气缸体模型中不合理的地方作了相应的改进设计,在确保缸盖水腔内流动性能良好的前提下,改进设计后气缸体内的流体流动和传热得到了较大的改善.     

柴油机活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究

发动机活塞缸套冷却水组成的固流耦合传热系统涉及固体部件传热有限元(FEA)和计算流体力学(CFD)问题。活塞和缸套被燃气加热同时彼此之间发生固体部件传热,缸套又与冷却水进行对流换热。确定上述固体、流体耦合传热系统的内部边界条件成为发动机传热研究的难点。采用耦合分析方法将相互作用的固体部件和流体部分作为一个整体进行研究,计算时可只定义系统外部边界条件。在进行有限元固流耦合传热计算方法研究基础上,对135型发动机中活塞缸套冷却水系统进行数值仿真,试验证明计算具有较高的精度。     

柴油机缸盖水腔流动与沸腾传热的流固耦合数值模

采用CFD软件STAR-CD和FEA软件ABAQUS对226B型柴油机缸盖冷却水腔内的流动和传热过程进行了流固耦合数值模拟计算.为反映沸腾传热的影响,基于FORTRAN语言开发了单相流沸腾传热模型,将其嵌入到STAR-CD中.与试验结果的比较表明,加入沸腾传热模型可以大幅度提高模拟计算的精度,最大误差由18%下降至7%,为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据.     

高原环境车用柴油机与辅助系统耦合仿真

采用喷雾模拟试验与优化算法对柴油机缸内准维模型进行高原试验修正和校正,运用直接耦合方法,建立具有变海拔适应性的某重型车辆动力装置(柴油机及辅助系统)工作过程全耦合数值仿真模型:根据准稳态流动的统一化阻力和传热方程,建立车辆进气系统阻力模型;基于一维非稳态可压缩流体动力学理论和传热理论,建立喷油系统工作模型;考虑润滑油对传热量的影响,建立柴油机冷却系统模型;各辅助系统模型与柴油机工作过程实现耦合计算,即计算中柴油机与辅助系统的边界条件双向实时传递.试验验证了耦合仿真的准确性.结果表明:海拔高度4 500 m,外特性工况,功率最大下降45％,燃油消耗率最大增加71％;高原缸内热流分布中需要冷却液带走的热量比平原增加48.6％;活塞-缸套-缸盖温度场整体升高,最高温度增加85 ～91 K.海拔高度3 700 m,水泵扬程最大下降3.9m;单独增加水泵流量,散热器进出口水温整体升高.     

高压共轨柴油机缸盖-冷却水耦合传热研究

采用试验测试与数值仿真相结合的方法,以一款国IV非道路柴油机为研究对象,基于顺序耦合思想建立了缸盖-冷却水流固耦合传热模型,研究了缸盖的温度场、热应力和热应变的分布规律。研究结果表明:将缸盖和冷却水作为一个耦合系统进行流固耦合传热研究,能够将难以确定的外边界条件转换成内边界条件,从而更好地模拟内燃机工作循环过程中缸盖的传热状态,使仿真结果与试验结果误差更小,在5%以内。从数值仿真分析发现,冷却水高温区域主要集中在鼻梁区以及排气侧部分狭窄区域;缸盖的4个鼻梁处温度较高,并在鼻梁处出现应力集中现象,最高温度和最大应力均出现在第4缸鼻梁处;缸盖在排气侧周边的变形较大,最大变形在EGR冷却水入口处的尖角位置。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统,并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例,用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真,得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的,且仿真结果与实测数据吻合较好。     

某汽油发动机水套优化分析

【目的】研究发动机冷却水套的冷却能力,找出影响发动机冷却水套性能的主要因素,提高发动机性能指标,延长其使用寿命。【方法】运用CFD模拟计算软件FIRE对江铃G501汽油机水套流动进行数值模拟,对水套流场流速、压降等进行量化,对流场流线、局部漩涡流动、流动细节等进行可视化。根据分析结果,对缸体缸盖冷却水套的结构进行优化,得出流动性好且压降低的水套,确保满足发动机的冷却要求。对于CFD分析结果,通过流场试验,验证结果的合理性。通过建立有限元模型,应用ABAQUS软件进行温度场分析。【结果】分析结果表明,优化后的水套缸盖温度场符合要求。【结论】温度场分析结果作为判断水套设计是否合理的依据,通过一套综合分析流程,完成了水套的设计优化,为该款发动机冷却水套的结构优化设计及试验研究提供了一定的参考。     

基于沸腾换热的某柴油发动机温度场分析

采用CFD-FEA耦合方法对某柴油发动机进行温度场分析,通过AVL FIRE软件建立三维缸内燃烧模型和水套流动分析模型,为发动机缸体缸盖温度场分析提供换热边界条件。采用ABAQUS软件计算了缸体缸盖温度场,采用AVL沸腾插件计算了水套壁面的沸腾换热。结果显示,缸盖缸体水套壁面温度离沸腾"开锅点"均保持了20℃以上的温度距离,无沸腾风险。该分析方法可以很好地预测缸体缸盖的温度及水套的沸腾换热情况,为发动机缸体缸盖和水套设计提供了一定的理论依据。     

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.     

车用493型柴油机冷却问题初探——机体冷却水流动CFD模拟

车用493型柴油机在我国主要是轻卡的配套动力,量大面广。为了在提高升功率的同时满足国家排放要求,很多研究工作主要着重于强化结构件、改进气道及工作过程、提高供给系统的喷油压力等,在冷却方面着力不够。实际上冷却不均衡,热应力集中同样会造成机体变形,导致颗粒物排放上升。冷却效果的好坏又在很大程度上取决于冷却水套内冷却介质流动以及分布的情况。本文从冷却分析入手,利用CFD商用流体软件STAR-CD对车用493型柴油机的冷却系统中的机体内冷却水的流动进行了三维数值模拟,给出冷却水套内冷却介质的流动场,分析它对换热的影响。     

卧式柴油机冷却水套结构优化与流动特性分析

针对卧式柴油机结构特点,设计了强制冷却闭式循环系统水套结构,在不同工况下对水套入口流量及关键点的温度和压力进行了测试与分析.利用计算流体动力学软件对冷却水套的流场、压力场和换热系数分布进行了分析,并对原水套结构进行了优化.结果表明:原水套平均流速为1.00 m/s,平均换热系数为7 767 W/( m2· K),压力损失为0.027 MPa,基本符合工程设计要求;但各缸冷却水流速和传热系数不均匀,在公共水腔中部、二缸缸体水套上部出现大的漩涡,二缸鼻梁区、两个排气道下方局部区域存在流动死区.结构优化后,水套平均流速达到1.35 m/s,平均换热系数达到9 826 W/(m2·K),较原方案分别提高了35％和26.5％.在热负荷最大的缸盖鼻梁区,冷却水平均流速达到1.33 m/s,提高了41.5％,换热系数都在5000 W/( m2· K)以上,没有出现原方案中的局部流动死区和大的漩涡.     

增压中冷柴油机缸盖水套CFD分析

对增压中冷柴油机气缸盖冷却水套进行了三维CFD数值模拟,对冷却水套入口流量以及特征点的温度、压力进行测试,为CFD计算提供了准确的边界条件。研究结果表明:气缸盖冷却水套中流速和换热系数均能满足冷却要求,4缸附近的流速相对于其他各缸要小一些;进入气缸盖冷却水套各缸的流量不太均匀,主要原因是大量的冷却水直接从1缸流入气缸盖,这样很容易造成其它缸冷却能力不足,故该气缸盖局部结构需进一步优化处理。     

基于有限元柴油机气缸垫固流耦合场分析

建立了汽车发动机气缸盖、气缸垫与冷却水组合结构有限元分析的三维CAD/CAE应用软件集成系统,采用固流耦合分析方法确定了固流独立个体的耦合热传递边界面,通过单元转换,在单一模型中完成了流场、温度场和应力场的计算,与试验结果对比,计算误差满足工程设计要求,可为气缸盖与气缸垫组合设计提供一定的理论依据。     

天然气发动机气缸盖流固耦合传热研究

利用CFD计算软件对天然气发动机气缸盖及其冷却水套进行了三维流固耦合流动与传热数值模拟,得到了缸盖温度场和水套流场的信息并进行了分析评价;将计算结果与试验结果进行对比验证了模拟的准确性。根据计算发现的问题,提出了改变上水孔面积的改进措施,通过加大第5缸附近的水流量,减小第1、2缸附近的水流量,改善了冷却效果。     

气缸套变形与活塞环摩擦功关系的研究

为了降低发动机摩擦损失,提高机械效率,重点研究缸套变形对活塞环与气缸套摩擦副的影响。首先,对两种不同状态的缸套进行有限元分析,找出缸套变形规律;然后,根据这些规律计算出活塞环与缸套润滑表面的油膜压力和油膜厚度;最后,将计算结果与试验结果进行对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明,缸套变形的椭圆度直接影响摩擦功和机油消耗率的大小。     

屏蔽泵冷却循环回路的热流耦合

为了研究屏蔽泵冷却循环回路与泵内部温升关系,模拟计算了屏蔽电动机内部温度场与压力场的分布以及冷却循环回路中的温升,分析了冷却液与电动机定转子之间的对流换热信息.以冲压成型屏蔽泵实型样机为研究对象,利用工程仿真软件CFD,对屏蔽泵叶轮前后腔体、冷却循环回路等全流场进行热流耦合数值分析.结果表明:屏蔽套间隙内的温升在不同流量工况下温度变化较小,最大温差为0.97 ℃;额定流量工况下,轴孔径的大小对屏蔽电动机的温升影响较小.随着轴孔径的逐渐增大,电动机内的最大温度逐渐减小;在额定流量工况下,由屏蔽泵数值与理论计算两种情况的循环流量与轴孔径的关系可以得出:数值计算与理论计算两者的结果基本一致,研究结果为屏蔽泵冷却循环回路的设计提供理论依据.     

降低170F1风冷柴油机喷油嘴热负荷的试验研究

在170F1柴油机上采用惯性增压、优化冷却系统等措施进行降低喷油嘴热负荷的试验研究工作：利用热电偶实测不同方案下喷油嘴、气缸盖的温度分布,研究燃烧过程、冷却系统等因素对喷油嘴热负荷的影响,得到了降低该柴油机喷油嘴热负荷的方案,当采用优化冷却系统的措施时可使喷油嘴高温处温度降低13.7℃,其温度梯度、圆周温差也均有改善。     

YZ4105柴油机机体温度场的测量和三维数值模拟

在测量YZ4105柴油机机体和冷却水温度的基础上,建立了机体和缸套耦合数学模型,确定了相应的边界条件,用有限元分析方法计算了机体和缸套的温度场。     

生鲜乳快速冷却装置监测系统的设计

为了快速、准确地获取生鲜乳冷却过程的温度、流量，设计了一种生鲜乳快速冷却装置监测系统。该系统采用Pt100热电阻和阿尔泰DAM-3047N模块测量板式换热器冷却水进、出口和生鲜乳进、出口等位置的温度，采用智能涡轮流量传感器监测生鲜乳的瞬时流量和累积流量，采用MCGS开发监测软件，通过Modbus RTU协议与热电阻模块和流量传感器建立通讯联系，实现对生鲜乳冷却过程相关参数的实时监测、数据存储和报警信息输出等功能，为生鲜乳高效生产提供依据。      

基于热固耦合的高温热水泵口环形变分析

为避免高温热水泵在运行过程中出现转子部件咬合现象,对TEG 200-400型高温热水泵的口环间隙进行分析.利用ANSYS Workbench软件,对TEG 200-400型高温热水泵在不同温度下的热固耦合进行有限元分析,得到泵盖冷却水腔有无冷却冲洗以及不同温度条件下的泵口环的形变量.结果表明:冷却腔的冲洗对叶轮口环的位置形变影响较大,高温热水泵的使用过程中,尽量降低泵盖与托架连接处的温度,有利于减小叶轮口环的变形;泵体口环和叶轮口环形变量随介质温度的升高而增大,依据运行介质的温度、泵的自身结构、材料特征等,对热变形进行合理预估并选择设计口环间隙,可避免泵启动及运行时泵体口环与叶轮口环之间的动静摩擦;在250℃设计温度条件下,叶轮口环与泵体口环的半径间隙取为0.6 mm的方案是合理的.研究结果为合理选择叶轮口环和泵体口环之间的间隙提供了一定的依据.