增压汽油机水套CFD分析范文

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《南方农机杂志》2014年第四期

1物理模型和边界条件

水套流通区域包括水套进出口，暖风取水端，增压器取水端以及排气端，副水箱回水端。流体介质由乙二醇和水以1:1组成，由于只分析一个工况点，因此假设流体介质物理性质不发生变化，计算过程采用稳态计算，不考虑重力和沸腾现象，湍流模型选择软件土建的K-zate-f模型，配合标准壁面方程进行分析。水套进口流量计算过程中采用的是额定工况点，进口使用质量流量，出口使用压力梯度为零，其他出口给定质量流量。

2计算结果分析

本文分析过程中，总共做了三次分析，分别为原始设计水套（无芯撑）分析、加芯撑水套分析、芯撑优化分析。加上咨询公司的计算数据，后续将对四组数据作对比，最后得出合理的优化方案。图2是各缸气缸垫主流孔的流量对比图，其中第一组数据为咨询公司AVL的计算数据，作为对比分析参考对象之一，此版分析与现有设计的无芯撑版本水套差异在于四缸截流孔高度不一样，AVL版本节流面积大于现有无芯撑设计，由图可知：节流孔高度减小后，气缸垫进口端各缸流量均匀增加5%左右，截流新增流量均匀分布于各缸；无芯撑分析案例中进口端面主流孔的增减幅度在10%以内，可以作为后续加芯撑的流量对比的基础数据；加芯撑后进口端面第四缸主流孔的增幅21.3%，超过10%。说明加芯撑后对水流分布影响较大，需对芯撑进行优化；加芯撑水流分布不均，一缸减小，四缸增加。气缸垫进口端第四缸流量增加，增幅达9.6%。气缸垫出口端二、四缸增加，三缸减少，其中第二缸增加6%，第四缸增加17.8%（＞10%误差范围），因此需对芯撑进行优化。

3优化方案研究

芯撑挡板对冷却液有截流效果，使得整体流速增加，在第四缸末尾遭遇节流孔时，导致动压向静压转化率升高，因此一二缸减小，第四缸增加；进而影响气缸垫出口端流量分布。因此，需在保留芯撑刚度的前提下，尽量减小截流面积，扩大流通空间。另：由于芯撑上边角的阻挡，使得左侧形成涡流，增加耗散，需去掉上边角(如图4所示)。因此得出的优化方案为：1、芯撑中部开槽，扩大流通空间，减少截流面积；2、去除上边角，减小耗散。更改后的水套计算模型如图5所示。优化芯撑后，缸流量增加或减少比例较为均匀，可认为优化后的芯撑对冷却液分布影响较小。从图5可以看出，进口端面主流孔的增减幅度在四缸平均值的10%以内，符合评判标准；同时，各缸流量变化幅度在10%以内，符合误差评判标准。从芯撑处流速矢量图（图6）可以看出，优化后的流通效果好，涡流改善明显。

4结论

通过与设计公司和无芯撑水套计算结果做分析对比，发现原始芯撑方案对缸内冷却液分布影响较大，不符合设计要求。通过对芯撑进行优化后，计算结果显示冷却液分布均匀，优化芯撑对冷却液分布影响较小，进出口总水量基本保持不变，进口端面主流孔的增减幅度在四缸平均值的±10%以内，符合设计要求。

作者：石勇李斌曾小春袁晓军单位：江铃汽车股份有限公司发动机开发部