本文關(guān)鍵詞：小型強(qiáng)化汽油機(jī)橫流冷卻系統(tǒng)性能數(shù)值模擬及優(yōu)化研究

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【摘要】：為了滿足日趨嚴(yán)格的油耗排放法規(guī),發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度不斷提高,導(dǎo)致了缸蓋鼻梁區(qū)的熱負(fù)荷逐漸增大,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。本文以一臺(tái)正向設(shè)計(jì)開發(fā)的滿足國(guó)ⅴ排放法規(guī)的小型強(qiáng)化三缸汽油機(jī)為研究對(duì)象,應(yīng)用一維三維聯(lián)合仿真的數(shù)值模擬計(jì)算方法對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)橫流冷卻系統(tǒng)的性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,并提出改進(jìn)優(yōu)化方案,通過(guò)總結(jié)橫流冷卻流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化規(guī)律,為新型的橫流式冷卻系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了可靠的參考依據(jù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水路的分布及各冷卻元件參數(shù),搭建冷卻系統(tǒng)一維計(jì)算模型,對(duì)1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行初步評(píng)估,并據(jù)此獲得橫流水套流量、壓降等基本參數(shù)。其次,以機(jī)體、缸蓋冷卻水套為主要研究對(duì)象,建立橫流冷卻水流場(chǎng)的三維CFD計(jì)算模型,根據(jù)一維計(jì)算得到的發(fā)動(dòng)機(jī)水套入口流量邊界,對(duì)初步設(shè)計(jì)的橫流水套的壓力、流場(chǎng)及換熱系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。結(jié)果表明,三維橫流水套的進(jìn)出水口壓力損失達(dá)到60.5kpa,遠(yuǎn)高于冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,初步設(shè)計(jì)的橫流水套阻力過(guò)大,并且缸體水流場(chǎng)存在著分布不均勻等問(wèn)題。再次,針對(duì)上述問(wèn)題,提出包括增加水套進(jìn)出水口高度、布置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、調(diào)整缸墊水孔和擋水板水孔等水套結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,在保證缸蓋、缸體水套關(guān)鍵區(qū)域流速和換熱滿足要求的前提下,盡可能降低橫流水套的壓力損失。最終的優(yōu)化方案壓力損失降低到41.6kpa,并基于此方案進(jìn)行不同流量邊界條件下的三維橫流水套CFD計(jì)算,得到流量-壓降曲線。以此曲線作為冷卻系統(tǒng)一維模型中冷卻水套的特性曲線,結(jié)合供應(yīng)商更新后的冷卻元件參數(shù),對(duì)優(yōu)化后的1.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一維計(jì)算。結(jié)果表明,在額定工況下優(yōu)化后的橫流冷卻系統(tǒng)各處的壓力、流量及溫度滿足設(shè)計(jì)要求。最后,該汽油機(jī)的第一代樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明,該汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,冷卻系統(tǒng)指標(biāo)正常,對(duì)本文橫流冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK411

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