某柴油机冷却系统及缸盖换热的CFD分析

摘要

近年来,由于柴油机的功率提高，各零部件受到的热负荷也越来越大。因此，如何设计一种性能较好的冷却系统便成为首要任务。相对试验来说，数值模拟省时省力，因此需要一个准确和快速的模拟发动机冷却系统是至关重要的。
　　本研究首先对整体6缸模型进行流动模拟，然后对选择一缸重点模拟。在整体模拟时，用FLUENT对整体流动只作CFD流动分析。前处理的时候应使用适当方式及尺寸划分网格,适当的网格既可以保证的结果准确性，又可以大大减少计算时间。通过整体模拟的结果，可以得出整体流动速度大于1m/s，整体速度远大于设计要求。然而在进水管的末端，流动效果较差。本文中主要对进水管的形状做了适当地改进，并分析其对流动的影响。从整体模拟结果中，选出流动最差的第6缸。重新对第6缸的缸盖、缸套以及水套重新细化网格并且对局部进行加密处理，建立流固耦合模型，进行传热及流动分析。为了得到缸盖内部的应力分布，通过Workbench软件对缸盖热应力-机械应力耦合计算。为了保证结果更符合实际情况，通过CFD分析和FEA分析间的数据共享，得到准确的热边界条件。计算结果的最大应力值为179.4Mpa，而材料的屈服极限为220Mpa，通过第四强度理论可以判断出，缸盖设计符合强度要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 冷却系统的设计原则

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容及思路

2. CFD分析的理论基础

2.1 流体运动的理论基础

2.2 湍流模型

2.3 近壁面模型

2.4 使用软件介绍

3. 整机冷却系统的三维流动分析

3.1 计算模型的建立

3.2 网格划分

3.3 边界条件的设置

3.4 整机冷却水套模拟结果分析

3.5 进水管的形状对流动的影响

3.6 本章小结

4 单缸流固耦合分析

4.1 流固耦合基本原理

4.2 单缸有限元模型的建立

4.3 材料的物性参数

4.4 边界条件的设置

4.5 计算结果及分析

4.6 本章小结

5 缸盖热机耦合强度分析

5.1 耦合模型的建立

5.2 边界条件的设置

5.3 计算结果及分析

5.4 强度校核

5.5 结论

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢