1、 申立中雷基(理工大學交，云南：應用AVL，對增壓中冷柴油機氣缸蓋冷卻水套進行了三維 CFD 數值模擬，對冷卻水及特征點 申立中雷基(理工大學交，云南：應用AVL，對增壓中冷柴油機氣缸蓋冷卻水套進行了三維 CFD 數值模擬，對冷卻水及特征點的溫度、壓力試，為 CFD 計算提供了準確的邊界條件測試。研究結果表明：氣缸蓋冷卻水套中流和換熱系數均能滿足冷卻要求，4 缸附近的流速相對于其他各缸要小 些；進入氣缸蓋冷卻水套各缸的流量不均勻，主要是從 1 缸有大量的冷卻水直接進入氣缸蓋，容易造成其它缸的冷卻能結構需進 步優化處，該氣缸蓋 些局：柴油機；氣缸蓋；水套；CFD 分主：AVL 號: The th

2、ree-al CFD numerical simulation of the cooling water jacket about the super-er-cooled diesel engine is carried on with the AVL FIRE. The temperature and re on characteristic po s cooling water jacket in cylinder head and the mass flow of cooling water entrance are tested to provide accurate boundary

3、 condition for the CFD calculations. The results t the flow speed and the heat coefficientofcoolinghecylinderheadcansatisfythecoolingrequirement,theflowspeedsnearbyforthare nothers;the mass flowofthe fourcooling jacket areunequally, thereare massive coolingwater enter cylinder head directly which wi

4、ll lead to the other cylindersinsufficient cooling. So the further optimize sing requiredtothepartialstructuresofcylinderKeywords: Diesel engine, Cylinder head, Cooling water jacket, 1 前柴油機水套冷卻液直接影響內燃機冷卻效果、高溫的熱負荷、柴油機量分配以及能量利用，冷卻液的溫度還對排放有較顯著的影響。隨著柴油機增壓等不同強的采用，有效地改善柴油機冷卻循環系統已成為內燃機設計的重要內容1 - 4 本文以增壓中冷四

5、缸柴油機的氣缸蓋為研究對象，設計了測量氣缸蓋冷卻水套水量、溫度、壓力的試驗方案，為 CFD 計算提供準確的邊界條件，在此基礎上建立了缸蓋卻水套的三模型，對冷卻水的三維流場進行了計算與分析，評價了冷卻水套設計的荷較大，本文針對柴油機標定功率點工況進行模擬計算2 FIRE 冷卻水套分析的主要算 ，其中包括很多個模塊。它采用最先進的流場中速度（u, v, w、 溫度 T 服從一個通用的守恒原理。如果用 I通用控制方程可以表示為 ： div grad 熱、質傳遞，流，湍流以及其相關現象的所有微分方程均可看成是通用控制方程可以表示為 ： div grad 熱、質傳遞，流，湍流以及其相關現象的所有微分方程

6、均可看成是通用控制方界條件22 k- 傳遞、燃燒和兩相流等多。k- 模型包括k 和 的輸運方程。k 方程為 k f u ui i Lji C ku pui ij j j D式中 表示湍動L 是隨時間變化的湍動能尺度C 是對流輸運項P是k的產物（湍流，當Vj xj 0時，而uiuj 0，對于大多G 是k 基于體積力的產物 是由于粘性作用的 k 擴散（ 總是大于零D 是k 的擴散輸運(分別是粘性項、速度脈動項和壓力脈動項)3 建立氣缸蓋冷卻水套的模柴油機氣缸蓋水套結構復雜，不規則曲面較多，因此對實體模型作了適當簡化：略內圓角、倒角及螺栓搭子等次要細節；在缸蓋水套下添加了簡化的機體水套模型，以方便條

7、件的輸入。使用 AVL FIRE 前處理網格劃分模塊 FAME 劃分，并在缸墊區域對網格進行加密。柴油機冷卻水套計算模型的總網格數約為 155 萬。體水套網格如圖 1 所示21 整體水套網3 初始條件及計算邊界條考慮湍流的影響，采用 湍流模1 整體水套網3 初始條件及計算邊界條考慮湍流的影響，采用 湍流模型模型，并假定流體不可壓縮。氣缸蓋內冷卻是在柴油機工況一定的情況下穩定的定邊界條能為 1m2/s2，湍動能尺度為 1mm。2定任何物理量的梯度為 03在計算中采用了假定的壁面溫度場，氣缸蓋平均溫度為 120，缸體平均溫度為 100由于 k-湍流模型只適用于離開壁面一定距離的湍流區域，因此對于壁

8、面附近的區域采壁面函數法來處理，本文計算采用標準壁面函數（Standard 該模型對貼近壁面的網格要求用 y 來反映，計算公式為 yC y式中，y 為貼近壁面的網格中心離壁面的距離，y為運動黏度 pas為密度kg m3氣缸蓋冷卻水套的CFD 計算結果與分總體情11200 柴油機冷卻水流場中的速度場、溫度場和壓力場等參數是相互聯系、相互影響的。冷卻水套的總體速度場、溫度場、壓力場分布以及換熱系數分別由圖 2、圖 3、圖 4 和圖 3 2可以看出，氣缸蓋冷卻水套1、2缸附近的流速較大，并且各個進水孔出現較為劇烈的速度波動，水套冷卻水平均流速約為0.46m/s左右，鼻梁區的平均速度在0.85m/s從

9、圖 3 水套溫度場分布可以看出，柴油機氣缸蓋水套的入水來自缸體的上水孔，共20 個上水孔，氣缸蓋水套的出口位于缸蓋的前端，在冷卻水從后向的同時，每個的水套還有來自不同位置上水孔的冷卻水加強氣缸蓋鼻梁區的冷卻證各缸的冷卻均勻性方式有利于氣缸蓋冷卻水套的水溫度要低于其他部位的溫度，溫度場還顯示出排氣側溫 圖 4 氣缸蓋水套壓力圖 5 氣缸蓋排氣道側水套表面傳熱系數分 緊密的聯系，可以看出傳熱系數的分布（5）與速度場的分布相似，1、2缸附近的值明顯大于其他42 速度驗，流速0.5m/s即可滿足冷卻要求，可見，排氣道側缸蓋水套內冷卻水流速明顯高于進氣道一側46 氣缸蓋水套剖面的速度場分圖 7 氣缸蓋斜

10、水孔內的速6 氣缸蓋水套剖面的速度場分圖 7 氣缸蓋斜水孔內的速度分布及速度矢量氣缸蓋水套每缸在排氣道側采用了一個斜水孔，其出口正對著鼻梁區附近的水套，其的是利用冷卻水的定來加強熱負荷很高的鼻梁區的冷卻。7 為斜水及出口速度分布和速度矢量圖。從計算結果來看，來自斜水孔中的流速較高的冷卻水加快了周圍場，使該處的冷卻得到了加強，實現了設計目的圖 8 是氣缸蓋兩氣門之間區域內的速度分布。可見，因為氣缸蓋斜水孔正對著兩氣門均流速最大，而 4缸的平均流速最小。8 氣缸蓋兩氣門之間區域內的速度分 4.3 溫度場分布及換9和10分別是氣缸蓋進氣道側和排氣道側的溫度分布情況，由圖中可以看出氣缸蓋水套中的溫度分

11、布比較均勻。4缸附近的溫度要略高于其他各缸，這主要是由于4缸附近另外，冷卻水從缸體上水孔進入氣缸蓋后從底部流到上部的同時也在不斷的吸收熱量 5 氣缸蓋水套進水孔的流量分該氣缸蓋水套的水孔共計 20 個，其布置如圖 11 所示 從圖 12 可見各水孔的流速比較均勻，但是由于各個水孔的直徑大小不一，所以各水的流量分布出現較大的差異性。由圖13可知，排氣道側的水孔流量要比進氣道側水孔流量要大得多，其上水孔得流量占了總上水量的 52 氣缸蓋水套進水孔的流量分該氣缸蓋水套的水孔共計 20 個，其布置如圖 11 所示 從圖 12 可見各水孔的流速比較均勻，但是由于各個水孔的直徑大小不一，所以各水的流量分布

12、出現較大的差異性。由圖13可知，排氣道側的水孔流量要比進氣道側水孔流量要大得多，其上水孔得流量占了總上水量的 52，這對于排氣道周圍（包括鼻梁區）的的作用。而氣缸之間的水孔的流量之和占總上水量的 19左右，并且卻起到布比較均勻，這些對于氣缸蓋的均勻冷卻是有利的。但是仍有大量的冷卻水直接從 1 氣缸蓋，而冷卻水出口在氣缸蓋前端，因此進入氣缸蓋的冷卻水直接從出口流出其它缸的冷卻能動。所以氣缸蓋冷卻水出口的位置有必要改善以促進冷卻水更好的3s/ 量0）2s（流01 2 3 4 5 6 7 8 910111213143 4 5 6 7 9 水孔2 3 4 5 6 7 8 9 5 水套設計改進意水套的設計是否合理將直接影響到高溫零件的可靠性，影響的熱量分配與能量用。高強化多缸柴油機，還應特別注意保持各缸冷卻均勻。不僅關系到柴油機的動力性和進入 1 缸附近上水孔冷卻水的流速及流量與其他各缸相比較大，且離氣缸蓋出口近，容易造成其它缸的冷卻能，所以可對一缸附近的上水孔的尺寸作適當調整發整個冷卻水套的出口位置對整個缸體水套的壓力場分布具有較大的影響6分布。為了使各缸有更均勻的流量分布，可以為缸蓋水套均勻布置多個冷卻水出口6 結論利用AVL FIRE 通分布。為了使各缸有更均勻的流量分布，可以為缸蓋水套均勻布置多個冷卻水出口6 結論利用AVL FIRE 通過計算可以得出如下結論1 缸有大量的冷卻水直