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1、增壓汽油機水套CFD分析
增壓汽油機水套CFD分析
2014/08/31
《南方農(nóng)機雜志》2014年第四期
1物理模型和邊界條件
水套流通區(qū)域包括水套進出口,暖風取水端,增壓器取水端以及排氣端,副水箱回水端。流體介質(zhì)由乙二醇和水以1:1組成,由于只分析一個工況點,因此假設流體介質(zhì)物理性質(zhì)不發(fā)生變化,計算過程采用穩(wěn)態(tài)計算,不考慮重力和沸騰現(xiàn)象,湍流模型選擇軟件土建的K-zate-f模型,配合標準壁面方程進行分析。水套進口流量計算過程中采用的是額定工況點,進口使用質(zhì)量流量
2、,出口使用壓力梯度為零,其他出口給定質(zhì)量流量。
2計算結(jié)果分析
本文分析過程中,總共做了三次分析,分別為原始設計水套(無芯撐)分析、加芯撐水套分析、芯撐優(yōu)化分析。加上咨詢公司的計算數(shù)據(jù),后續(xù)將對四組數(shù)據(jù)作對比,最后得出合理的優(yōu)化方案。圖2是各缸氣缸墊主流孔的流量對比圖,其中第一組數(shù)據(jù)為咨詢公司AVL的計算數(shù)據(jù),作為對比分析參考對象之一,此版分析與現(xiàn)有設計的無芯撐版本水套差異在于四缸截流孔高度不一樣,AVL版本節(jié)流面積大于現(xiàn)有無芯撐設計,由圖可知:節(jié)流孔高度減小后,氣缸墊進口端各缸流量均勻增加5%左右,截流新增流量均勻分布于各缸;無芯撐分析案例中進口端面主流孔的增減幅度在10%以內(nèi),可以作為
3、后續(xù)加芯撐的流量對比的基礎數(shù)據(jù);加芯撐后進口端面第四缸主流孔的增幅21.3%,超過10%。說明加芯撐后對水流分布影響較大,需對芯撐進行優(yōu)化;加芯撐水流分布不均,一缸減小,四缸增加。氣缸墊進口端第四缸流量增加,增幅達9.6%。氣缸墊出口端二、四缸增加,三缸減少,其中第二缸增加6%,第四缸增加17.8%(>10%誤差范圍),因此需對芯撐進行優(yōu)化。
3優(yōu)化方案研究
芯撐擋板對冷卻液有截流效果,使得整體流速增加,在第四缸末尾遭遇節(jié)流孔時,導致動壓向靜壓轉(zhuǎn)化率升高,因此一二缸減小,第四缸增加;進而影響氣缸墊出口端流量分布。因此,需在保留芯撐剛度的前提下,盡量減小截流面積,擴大流通空間。另:由于芯撐上
4、邊角的阻擋,使得左側(cè)形成渦流,增加耗散,需去掉上邊角(如圖4所示)。因此得出的優(yōu)化方案為:1、芯撐中部開槽,擴大流通空間,減少截流面積;2、去除上邊角,減小耗散。更改后的水套計算模型如圖5所示。優(yōu)化芯撐后,缸流量增加或減少比例較為均勻,可認為優(yōu)化后的芯撐對冷卻液分布影響較小。從圖5可以看出,進口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的10%以內(nèi),符合評判標準;同時,各缸流量變化幅度在10%以內(nèi),符合誤差評判標準。從芯撐處流速矢量圖(圖6)可以看出,優(yōu)化后的流通效果好,渦流改善明顯。
4結(jié)論
通過與設計公司和無芯撐水套計算結(jié)果做分析對比,發(fā)現(xiàn)原始芯撐方案對缸內(nèi)冷卻液分布影響較大,不符合設計要求。通過對芯撐進行優(yōu)化后,計算結(jié)果顯示冷卻液分布均勻,優(yōu)化芯撐對冷卻液分布影響較小,進出口總水量基本保持不變,進口端面主流孔的增減幅度在四缸平均值的10%以內(nèi),符合設計要求。
作者:石勇李斌曾小春袁曉軍單位:江鈴汽車股份有限公司發(fā)動機開發(fā)部
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