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发动机冷却水套及缸盖传热的CFD分析
| 论文题名： | 发动机冷却水套及缸盖传热的CFD分析 |
| 关键词： | 发动机;气缸盖;冷却水套;抉热系数;数值模拟 |
| 摘要： | 随着发动机的指标性能和强化程度的不断提升，发动机冷却系统已经成为发动机设计中非常重要的环节，其冷却系能的好坏直接影响了发动机工作的可靠性和经济性。气缸盖作为发动机工作时热负荷和机械负荷都很高的关键零部件，其结构复杂，工作环境恶劣，其冷却不足或者冷却不均的地方会因局部过热或者高低频的热冲击的作用而出现裂纹，从而引起缸盖的失效。因此合理设计发动机冷却系统，保障其冷却效果可以有效的提高发动机的工作效率和使用寿命。CFD技术作为指导发动机冷却系统设计的一种重要手段，其针对性强，设计周期短，计算精度高，近年来得到了飞速的发展，具有较高的实用价值。 本文以某汽油发动机为研究对象，在三维软件UG中建立其精确的三维模型，经过适当的简化后在其基础上抽取出冷却水套模型。将其以CATIA-V4格式导入前处理软件ICEM CFD中，经几何拓扑、网格编辑工具建立高质量的混合嗣格。然后将其导入ANSYS Fluent中通过模拟计算获取发动机冷却水套的流场信息，如速度矢量、温度、换热系数、压力分布等。经分析整个冷却水套中缸体部分三缸、四缸底部流速较低，温度偏高。 缸盖部分一缸、二缸由于流速、流量低导致换热系数较小，火力面部分出现局部高温，热负荷较高，整个缸盖冷却均匀性较差。评价完冷却系统的性能之后，在此基础上分别针对缸体、缸盖部分的冷却问题提出改进思路，然后做出满足冷却要求的最佳改进方案，对发动机冷却系统进行优化。通过结果对比，优化后的缸体部分三缸、四缸底部的低流速区域得到明显改善，缸盖部分一缸、二缸的火力面温度有所降低，整个缸盖的温度均匀性得到改善。 在发动机冷却水套的数值模拟的基础上，获取其对流抉热系数值建立缸盖的稳态温度场，观察冷却水套改进前后缸盖的温度场变化。经分析，改进后缸盖火力面“鼻梁区”的最高温度较原模型下降了7℃，热梯度也有所降低，肯定了优化后的冷却效果。 |
| 作者： | 任超超 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 张翠平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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