發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)計算

發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)計算發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)是汽車的重要組成局部之一，冷卻系統(tǒng)的作用是使發(fā)動機(jī)在各種轉(zhuǎn)速和各種行駛狀態(tài)下都能有效的掌握溫度，其中水套是整個冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵局部。本文為發(fā)AVLFIRECFD計算，可以得到水套整個流場(速度、壓力、溫度以及HTC等)分布。通過速度場可以識別出滯止區(qū)、速度梯度大的區(qū)域，通過溫度分布可以分析可能產(chǎn)生氣泡的位置，通過換熱系數(shù)的分布可以評估水套的冷卻性能，通過壓力分布可以顯示出壓力損失大的區(qū)域。本文針對功率點進(jìn)展了計算。散熱量的計算在設(shè)計或選用冷卻系統(tǒng)的部件時，就是以散入冷卻系統(tǒng)的熱量Q 為原始數(shù)據(jù)，計算W冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻空氣量，以便設(shè)計或選用水泵和散熱器。冷卻系統(tǒng)散走的熱量冷卻系統(tǒng)散走的熱量Q ,受很多簡單因素的影響,很難準(zhǔn)確計算,因此在計算時，通WQ估W算公式為：QW

AgNhe e n(kJ3600

/s) 〔1〕式中:A—傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比;gkg/kW·h);eN—內(nèi)燃機(jī)功率(kW);eh—燃料低熱值(kJ/kg)。n表1 發(fā)動機(jī)總功率試驗數(shù)據(jù)(r/min)燃油消耗率(g/kwh)校正有效扭矩(Nm)2023293.520.296.33200286.537.4111.84400280.853.9116.95200320.763.9117.46000340.870.2111.8依據(jù)表1CK14發(fā)動機(jī)總功率試驗數(shù)據(jù)：6000rpm時，Ne=70.2kW,ge=340.8g/kW·h,A=0.23～0.30，但隨著發(fā)動機(jī)燃燒技術(shù)的提高，熱效率也不斷提高，依據(jù)同類型機(jī)型熱平衡試驗數(shù)據(jù)反運算，A值一般在0.15左右。汽油低熱值hn

=43100kJ/kg,A選取0.15，故對于CK14發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率下散熱量：Q 0.150.340870.24310043KWW 3600冷卻水的循環(huán)量依據(jù)散入冷卻系統(tǒng)的熱量，可以算出冷卻水的循環(huán)量V ：WQWV tW

Wc

(m3s) 〔2〕twt

w w w—冷卻水在內(nèi)燃機(jī)中循環(huán)時的容許溫升，對現(xiàn)代強(qiáng)制循環(huán)冷卻系，可取=4℃～8℃，本機(jī)初步計算取值7℃；w—水的比重，可近似取=1000kg3wc—水的比熱，可近似取cw

w=4.187kJ/kg·℃；wQ—冷卻系統(tǒng)散熱量，由〔2〕式算得Q=43KW。W WVW

計算公式，可得CK14發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率下冷卻水循環(huán)量為：水泵的選用

V ≈0.00147W

s=1.47L/s水泵的泵水量選取Vb按下式初步確定：

可依據(jù)冷卻水循環(huán)量V ，WVV W(3Vbvs

s) 〔4〕式中：V —冷卻水循環(huán)量，由〔2〕式算得CK14發(fā)動機(jī)V 為1.47L/s；W W—水泵的容積效率，主要考慮水泵中冷卻水的泄漏，一 =0.8～0.9，本次計vs vs算 取值0.8。vs計算得CK14Vb110L/min。水泵的泵水壓力選取

≈1.84L/s,所以我們選取水泵的流量在的飽和蒸汽壓力，以免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。一般車用發(fā)動機(jī)中，冷卻系管道流淌阻力一般為7.5103～12.5103Pa

,水套阻力一般為13103～15103Pa

，水散熱器阻力一般為20103～25103Pa

，總阻力為40103～53103，為安全起見，一般泵水壓力取150KP。a6000rpm6720rpm時，水泵流量應(yīng)大于110L/min,水泵進(jìn)出口壓力差應(yīng)大于150KP。a散熱器的設(shè)計計算散熱器需散走的熱量散熱器在使用一段時間以后，由于水垢的生成而使少量水管堵塞，散熱性能下降10%5%～10%；另外，依據(jù)以往及AVL匹配發(fā)動機(jī)的閱歷，空調(diào)冷凝器前置對前格柵的進(jìn)風(fēng)溫度將提升10℃-20℃左右。在進(jìn)展整車熱平衡的爭論，必需考慮空調(diào)對發(fā)動機(jī)過熱的影響。因此，我們選用的散熱器的散熱力量Q應(yīng)比水套散掉的熱量Q高出10%～25%。即散 WQ=〔1.05～1.25〕Q散 W1.1，則散熱器的散熱量應(yīng)為47.3kW。散熱器芯子正面面積Ff依據(jù)《汽車設(shè)計手冊》供給公式F=〔0.0027-0.0034〕Nef maxNe=70.2Kw，F(xiàn)=0.1895～0.2523m2。max f散熱面積S散熱面積S為管帶的散熱面積與散熱片面積之和。

·Ne比

max

0.07m2/Kw比發(fā)動機(jī)散熱器散熱面積S=0.07×70.2=4.914m2發(fā)動機(jī)水套CFD模擬計算水套計算模型和網(wǎng)格1水套幾何模型2水套網(wǎng)格模型定轉(zhuǎn)速時的水泵流量進(jìn)展模擬。計算工況及邊界條件三維粘性湍流流淌，承受穩(wěn)態(tài)計算模式。1.8kg/s，80℃；100000Pa；120100℃。計算結(jié)果分析整體水套壓力分布3水套整體壓力分布121270Pa,101045Pa,進(jìn)出口壓差即發(fā)動機(jī)水套壓力損與同類機(jī)型相比較水套壓力損失偏大。4原機(jī)缸蓋切割比照分析其是否存在差異。4排氣側(cè)水套存在尖角區(qū)域缸蓋水套結(jié)果分析缸蓋鼻梁區(qū)域流場分析對于缸蓋內(nèi)部流場需要對其切片觀看，分析其速度場，壓力場，溫度場等。5缸蓋鼻梁區(qū)冷卻水速度分布圖6缸蓋鼻梁區(qū)域溫度場分布7缸蓋鼻梁區(qū)域壓力場分布5～8而且從第一缸至第四缸水流速度呈遞增趨勢，符合同類型發(fā)動機(jī)的要求，但一缸流速與其他幾缸差異較大。353K。排氣側(cè)溫度高于進(jìn)氣側(cè)，最高溫度消滅在第四缸鼻梁區(qū)域。65410Pa,9此處圓角建議加大。9壓力損失最大部位缸蓋底部流場分布10缸蓋底面速度場1.56m/s，大于一般發(fā)動機(jī)缸蓋底面冷卻水平均速度，滿足冷卻要進(jìn)氣側(cè)相反，可以進(jìn)一步優(yōu)化。缸體水套結(jié)果分析缸體水套壓力場分布11缸體水套進(jìn)氣側(cè)壓力分布12缸體水套排氣側(cè)壓力場分布只在水泵進(jìn)口出存在局部壓力損失較大區(qū)域，建議增大圓角減小壓力損失。缸體水套速度場分布13缸體水套頂面速度場及流線分布0.5m/s看缸體水套水流很順暢。缸墊孔上水量分析914分布。14缸蓋上水孔分布

各個水孔流量數(shù)據(jù)水孔號質(zhì)量流量(kg/s)水孔號質(zhì)量流量(kg/s)占總流量百分比10.1397.8%20.190910.7%30.0533%40.0301.7%150.0090.5%25.7%60.0050.3%70.0120.7%80.0090.5%90.0080.5%100.0402.3%2110.0844.7%7.5%120.0040.2%130.0050.3%140.0925.2%150.0955.3%160.010.6%170.0130.7%180.1226.9%190.1387.8%200.0171%210.0201.2%220.33618.9%230.34419.4%3311.8%416.9%38.3%10%的冷卻水直接由缸體進(jìn)入缸蓋第一缸后流出，從冷卻角度考慮有點鋪張。接流出缸蓋出水口，雖然使得缸體得到了很好的冷卻，但降低了缸蓋的冷卻效果。冷卻系統(tǒng)散走熱量校核：359.24K，6.74K。QQt cVw w w Wt—冷卻水在發(fā)動機(jī)水套中的溫升w—水的比重，可近似取=1000kg m3w wc—水的比熱，可近似取cw V 1.8L/s

=4.187kJ/kg·℃；W經(jīng)計算Q=50.5KW大于發(fā)動機(jī)燃燒熱量散入冷卻水套熱量43KW，滿足冷卻要求。冷卻系統(tǒng)總體分析與建議改進(jìn)，在文中都已經(jīng)指出。6720rpm110L/min,進(jìn)出口壓差大于150KPa。目前我們選定的水泵性能在6000rpm