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基于CFD的四缸柴油机冷却系统的数值仿真与优化分析
| 论文题名： | 基于CFD的四缸柴油机冷却系统的数值仿真与优化分析 |
| 关键词： | 冷却系统;数值模拟;四缸柴油机;数值仿真 |
| 摘要： | 柴油发动机冷却性能的好坏一直是制约着柴油机发展的重要因素之一，其发动机在正常工作时承受着很大的高温热负荷。发动机冷却系统主要功用就是通过冷却介质在冷却水套中的三维流动将发动机多余高温热量带走，确保发动机可以在一个适宜的温度环境下工作。气缸体作为承受发动机热负荷关键部位，其所能够承受的强度和可靠性直接制约着整个发动机性能好坏。同时，发动机冷却系统的冷却强度过大、过小都会影响其冷却效果，使其无法达到最佳的工作效果。既要防止高温导致发动机过热出现冷却不足现象，也要避免发动机环境温度很低的情况下（冬季或严寒地区）可能会发生的冷却过度现象。因此，研究柴油发动机冷却性能的好坏对改善其工作性能有着至关重要的影响。 本文以一款全柴公司最新自主研发的QC4F1四缸3.8升的柴油发动机为结构模型，主要研究其冷却水套和冷却关键区域，如发动机进排气处以及气缸盖鼻梁区（进排气门座以及气门座和喷油嘴座之间区域）冷却液流动状况。文章通过三维建模软件CATIA建立柴油机冷却模型，利用数值仿真分析软件AVL FIRE模拟分析该模型的在一定流量的冷却流动后，其冷却流场的三维流场分布情况，通过分析流场分布情况，得到该模型是否存在冷却不足现象，对于存在的冷却不足区域，通过改进模型结构从而进一步改进其冷却效果。本文主要的研究工作如下: (1)利用数值模拟仿真的方法对发动机冷却水套的仿真研究，了解、掌握冷却水套的模型建立方法并利用三维建模软件CATIA来建立发动机冷却水套三维模型，通过三维CFD仿真软件对已建立好的模型进行网格划分和后处理工作。对仿真的结果进行分析，分析冷却液在发动机冷却室套内的流场分布情况。 (2)通过改善QC4F1发动机的模型结构，能够达到预期的冷却效果，有效地改善了发动机汽缸体和气缸盖在“鼻梁区”的冷却不足现象。在原机试验中加大冷却液流量从而改善了因冷却液流动不足或流动阻力带来的不良效果。同时也证明了采用三维CFD仿真方法的可行性，以及试验验证的可靠性。 (3)总结数值模拟仿真的结果，并提出相应的改进方法，改善发动机冷却系统的冷却效果，为后续发动机冷却系统发展提供理论依据。 |
| 作者： | 束开金 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 程晓章 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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