增壓汽油機水套CFD分析范文

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《南方農機雜志》2014年第四期

1物理模型和邊界條件

水套流通區域包括水套進出口，暖風取水端，增壓器取水端以及排氣端，副水箱回水端。流體介質由乙二醇和水以1:1組成，由于只分析一個工況點，因此假設流體介質物理性質不發生變化，計算過程采用穩態計算，不考慮重力和沸騰現象，湍流模型選擇軟件土建的K-zate-f模型，配合標準壁面方程進行分析。水套進口流量計算過程中采用的是額定工況點，進口使用質量流量，出口使用壓力梯度為零，其他出口給定質量流量。

2計算結果分析

本文分析過程中，總共做了三次分析，分別為原始設計水套（無芯撐）分析、加芯撐水套分析、芯撐優化分析。加上咨詢公司的計算數據，后續將對四組數據作對比，最后得出合理的優化方案。圖2是各缸氣缸墊主流孔的流量對比圖，其中第一組數據為咨詢公司AVL的計算數據，作為對比分析參考對象之一，此版分析與現有設計的無芯撐版本水套差異在于四缸截流孔高度不一樣，AVL版本節流面積大于現有無芯撐設計，由圖可知：節流孔高度減小后，氣缸墊進口端各缸流量均勻增加5%左右，截流新增流量均勻分布于各缸；無芯撐分析案例中進口端面主流孔的增減幅度在10%以內，可以作為后續加芯撐的流量對比的基礎數據；加芯撐后進口端面第四缸主流孔的增幅21.3%，超過10%。說明加芯撐后對水流分布影響較大，需對芯撐進行優化；加芯撐水流分布不均，一缸減小，四缸增加。氣缸墊進口端第四缸流量增加，增幅達9.6%。氣缸墊出口端二、四缸增加，三缸減少，其中第二缸增加6%，第四缸增加17.8%（＞10%誤差范圍），因此需對芯撐進行優化。

3優化方案研究

芯撐擋板對冷卻液有截流效果，使得整體流速增加，在第四缸末尾遭遇節流孔時，導致動壓向靜壓轉化率升高，因此一二缸減小，第四缸增加；進而影響氣缸墊出口端流量分布。因此，需在保留芯撐剛度的前提下，盡量減小截流面積，擴大流通空間。另：由于芯撐上邊角的阻擋，使得左側形成渦流，增加耗散，需去掉上邊角(如圖4所示)。因此得出的優化方案為：1、芯撐中部開槽，擴大流通空間，減少截流面積；2、去除上邊角，減小耗散。更改后的水套計算模型如圖5所示。優化芯撐后，缸流量增加或減少比例較為均勻，可認為優化后的芯撐對冷卻液分布影響較小。從圖5可以看出，進口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的10%以內，符合評判標準；同時，各缸流量變化幅度在10%以內，符合誤差評判標準。從芯撐處流速矢量圖（圖6）可以看出，優化后的流通效果好，渦流改善明顯。

4結論

通過與設計公司和無芯撐水套計算結果做分析對比，發現原始芯撐方案對缸內冷卻液分布影響較大，不符合設計要求。通過對芯撐進行優化后，計算結果顯示冷卻液分布均勻，優化芯撐對冷卻液分布影響較小，進出口總水量基本保持不變，進口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的±10%以內，符合設計要求。

作者：石勇李斌曾小春袁曉軍單位：江鈴汽車股份有限公司發動機開發部