增壓汽油機(jī)水套CFD分析范文

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《南方農(nóng)機(jī)雜志》2014年第四期

1物理模型和邊界條件

水套流通區(qū)域包括水套進(jìn)出口，暖風(fēng)取水端，增壓器取水端以及排氣端，副水箱回水端。流體介質(zhì)由乙二醇和水以1:1組成，由于只分析一個(gè)工況點(diǎn)，因此假設(shè)流體介質(zhì)物理性質(zhì)不發(fā)生變化，計(jì)算過程采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算，不考慮重力和沸騰現(xiàn)象，湍流模型選擇軟件土建的K-zate-f模型，配合標(biāo)準(zhǔn)壁面方程進(jìn)行分析。水套進(jìn)口流量計(jì)算過程中采用的是額定工況點(diǎn)，進(jìn)口使用質(zhì)量流量，出口使用壓力梯度為零，其他出口給定質(zhì)量流量。

2計(jì)算結(jié)果分析

本文分析過程中，總共做了三次分析，分別為原始設(shè)計(jì)水套（無芯撐）分析、加芯撐水套分析、芯撐優(yōu)化分析。加上咨詢公司的計(jì)算數(shù)據(jù)，后續(xù)將對四組數(shù)據(jù)作對比，最后得出合理的優(yōu)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(shù)據(jù)為咨詢公司AVL的計(jì)算數(shù)據(jù)，作為對比分析參考對象之一，此版分析與現(xiàn)有設(shè)計(jì)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(jié)流面積大于現(xiàn)有無芯撐設(shè)計(jì)，由圖可知：節(jié)流孔高度減小后，氣缸墊進(jìn)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(jìn)口端面主流孔的增減幅度在10%以內(nèi)，可以作為后續(xù)加芯撐的流量對比的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；加芯撐后進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化；加芯撐水流分布不均，一缸減小，四缸增加。氣缸墊進(jìn)口端第四缸流量增加，增幅達(dá)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(jìn)行優(yōu)化。

3優(yōu)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(jié)流孔時(shí)，導(dǎo)致動(dòng)壓向靜壓轉(zhuǎn)化率升高，因此一二缸減小，第四缸增加；進(jìn)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(kuò)大流通空間。另：由于芯撐上邊角的阻擋，使得左側(cè)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(yōu)化方案為：1、芯撐中部開槽，擴(kuò)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(jì)算模型如圖5所示。優(yōu)化芯撐后，缸流量增加或減少比例較為均勻，可認(rèn)為優(yōu)化后的芯撐對冷卻液分布影響較小。從圖5可以看出，進(jìn)口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的10%以內(nèi)，符合評判標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，各缸流量變化幅度在10%以內(nèi)，符合誤差評判標(biāo)準(zhǔn)。從芯撐處流速矢量圖（圖6）可以看出，優(yōu)化后的流通效果好，渦流改善明顯。

4結(jié)論

通過與設(shè)計(jì)公司和無芯撐水套計(jì)算結(jié)果做分析對比，發(fā)現(xiàn)原始芯撐方案對缸內(nèi)冷卻液分布影響較大，不符合設(shè)計(jì)要求。通過對芯撐進(jìn)行優(yōu)化后，計(jì)算結(jié)果顯示冷卻液分布均勻，優(yōu)化芯撐對冷卻液分布影響較小，進(jìn)出口總水量基本保持不變，進(jìn)口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的±10%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)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(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)部