發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套計(jì)算報(bào)告

1、AVL_FIRE 軟件培訓(xùn),2017年08月,概述,發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套模型,現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)朝著高轉(zhuǎn)速、高強(qiáng)化、大功率方向發(fā)展，這將導(dǎo)致熱負(fù)荷問題突出，所以說具有良好的冷卻系統(tǒng)才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)一步提升。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套是通過冷卻液在其內(nèi)部循環(huán)從而帶走發(fā)動(dòng)機(jī)熱量的裝置，研究水套的冷卻效果對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大幫助。然而由于水套內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，想要通過實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行研究存在諸多困難，通過模擬發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套流場(chǎng)，設(shè)計(jì)者可以直觀而形象的觀

2、察出冷卻水套的流動(dòng)死區(qū)和熱負(fù)荷高發(fā)區(qū)，從而找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的缺陷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改良。,一、模型處理二、Fire對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算域網(wǎng)格劃分三、數(shù)值模擬邊界條件設(shè)置四、數(shù)值計(jì)算及計(jì)算結(jié)果可視化處理,AVL Fire工作內(nèi)容培訓(xùn),一、模型處理,1.1 Core2.0中對(duì)整機(jī)模型進(jìn)行幾何排除,1.2 水套模型結(jié)構(gòu)示意,進(jìn)氣側(cè),排氣側(cè),,outlet,,inlet,cylinder 1 cylinder 2

3、 cylinder 3 cylinder 4,FRONT END,REAR END,,在Hypermesh對(duì)模型進(jìn)行分組，方便在AVL Fire的selection建立和refine。不同顏色代表Hypermesh所分的組，在AVL_FIRE生成Selection。,1.3 Hypermesh處理模型,Hypermesh 處理模型,網(wǎng)格局部加密,網(wǎng)格局部加密,機(jī)體網(wǎng)格,缸蓋網(wǎng)格,二、Fire對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算域網(wǎng)格劃

4、分,缸蓋墊網(wǎng)格,節(jié)溫器網(wǎng)格,2.1機(jī)體、缸蓋、節(jié)溫器、缸蓋墊網(wǎng)格,網(wǎng)格局部加密,機(jī)體網(wǎng)格總數(shù)： 992401缸蓋網(wǎng)格總數(shù)： 1510721機(jī)冷器網(wǎng)格總數(shù)：816623缸蓋墊網(wǎng)格總數(shù)：13205節(jié)溫器網(wǎng)格總數(shù)：129904,網(wǎng)格局部加密的目的：在保障計(jì)算精度的前提下，盡量減少網(wǎng)格質(zhì)量，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高數(shù)值模擬效率。,機(jī)冷器外部網(wǎng)格,機(jī)冷器內(nèi)部網(wǎng)格,2.2 機(jī)油冷卻器網(wǎng)格劃分,將各部分網(wǎng)格組合在一起，設(shè)置流通面。,2.3

5、 整體網(wǎng)格,水套模型整體網(wǎng)格,對(duì)于冷卻水套計(jì)算一般進(jìn)口定義流量，出口定義靜壓或梯度為零。入口邊界條件：給定冷卻水套冷卻液入口流量192kg/min，湍流動(dòng)能0.001m2/s2 ，出口邊界條件：設(shè)定各個(gè)物理量的梯度為零。,二 、邊界條件設(shè)置,𝑢= 5?10 %?𝑈,5%?10%,Turb kin energy=3u2/2,2.1 進(jìn)、出口設(shè)置,length scale= 𝟓?x

6、783;𝟎 %?𝒅,2.2 壁面邊界條件設(shè)置,機(jī)體,缸蓋,缸蓋墊,機(jī)油冷卻器,1、壁面邊界條件：在計(jì)算中采用假定的壁面溫度，機(jī)體、缸蓋、缸蓋墊、機(jī)油冷卻器、節(jié)溫器的壁面溫度分別為100deg、120deg、100deg、110deg、110deg。2、冷卻液設(shè)置：計(jì)算選用的冷卻液是體積分?jǐn)?shù)0.5的水乙二醇混合液，密度1kg/m3，壓力100kpa，溫度403k。,節(jié)溫器,冷卻液設(shè)置,2.3 湍流模型設(shè)置

7、,壁面處理：選擇復(fù)合壁函數(shù)與k-zeta-f湍流模型相匹配,標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù),不可壓縮,四方程模型精度和計(jì)算穩(wěn)定性都較好,松弛因子變量的新值為原值加上變化量乘以松弛因子.A1=A0+B*DETA,Re=ρvd/μ,雷諾數(shù)小于2300的流動(dòng)是層流，雷諾數(shù)等于2300～4000為過渡狀態(tài)，雷諾數(shù)大于4000時(shí)的是湍流,當(dāng)溫度出現(xiàn)無(wú)界解時(shí)導(dǎo)致不收斂時(shí)求解靜焓,2.4 收斂標(biāo)準(zhǔn),RESU/V/W(動(dòng)量方程速度殘差值),RESM(連續(xù)方程壓力殘差值

8、),RESK(湍流能殘差值),SSF定義的收斂標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，當(dāng)case殘差值達(dá)到一定值后基本不變，并且2D log里的收斂曲線的殘差值和監(jiān)控物理量在某個(gè)水平上保持了 較長(zhǎng)時(shí)間不變即使沒有達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)或定義的最大迭代次數(shù)，認(rèn)為其收斂。,RESH(能量方程焓殘差值),P(監(jiān)控點(diǎn)壓力監(jiān)測(cè)值),TEMP(監(jiān)控點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)值),RESD(耗散率度殘差值),四、數(shù)值計(jì)算及計(jì)算結(jié)果可視化處理,進(jìn)氣側(cè),溫度分布,速度分布及跡線,進(jìn)氣側(cè),排氣側(cè)

9、,排氣側(cè),4.1速度、溫度、壓力分布,水套模型速度場(chǎng)可以識(shí)別出流動(dòng)滯止區(qū)和速度梯度較大區(qū)域，壓力場(chǎng)可以顯示壓力損失較大區(qū)域，溫度場(chǎng)可直觀顯示冷卻效果。速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等參數(shù)是相互聯(lián)系的。,壓力分布,進(jìn)氣側(cè),排氣側(cè),水套模型速度場(chǎng)可以識(shí)別出流動(dòng)滯止區(qū)和速度梯度較大區(qū)域，壓力場(chǎng)可以顯示壓力損失較大區(qū)域，溫度場(chǎng)可直觀顯示冷卻效果。速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等參數(shù)是相互聯(lián)系的。,REAR END,FRONT END,cylinder 1

10、 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,4.2 缸蓋速度分布及各上水孔流量,缸蓋速度分布及跡線,上水口流量,排氣側(cè),排氣側(cè),上水口流量三維圖,左圖顯示的是上水孔流量的三維圖。排氣孔的上水流量比進(jìn)氣側(cè)的上水孔流量大，這是由于排氣側(cè)的上水孔流通面積大引起的，這樣設(shè)計(jì)的原因是因?yàn)榕艢鈧?cè)溫度較高，需要有足夠的冷卻液體對(duì)其進(jìn)行冷卻。,cylinder 4

11、 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,左上圖給出水套某一截面的速度分布和跡線。左下給出四個(gè)氣缸水套進(jìn)口的流量分布。,4.3 機(jī)體截面速度分布及各缸流量,機(jī)體截面速度分布和跡線,缸蓋截面速度分布,四個(gè)進(jìn)水口流量,4.4 整體換熱系數(shù)分布,cylinder 1 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,c

12、ylinder 4 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,整體換熱系數(shù)分布，平均換熱系數(shù)5043,排氣側(cè),進(jìn)氣側(cè),4.5 缸蓋換熱系數(shù)分布,換熱系數(shù)直觀反映水套的冷卻效果。影響對(duì)流換熱的主要因素有:冷卻液體本身性質(zhì)、冷卻液流動(dòng)速度、表面粗糙度。鼻梁區(qū)域?yàn)楦邠Q熱區(qū)域：該區(qū)域?qū)儆谑湛s流動(dòng)，冷卻液流動(dòng)速度較高。,缸蓋的平均冷卻液流動(dòng)速度1.04m/s，平均換熱系數(shù)6922,缸蓋換熱系數(shù)分布,cyl

13、inder 4 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,cylinder 1 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,低換熱區(qū)域,高換熱區(qū)域,該區(qū)域受到冷卻液的直接沖擊。,4.6 機(jī)體換熱系數(shù)分布,該區(qū)域流通面積縮小流速增加，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)提高。,機(jī)體內(nèi)冷卻液體平均流速0.64m/