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基于模型的内燃机冷却水腔内数值模拟分析(2)

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计算公式中，为了满足计算要求，涉及到冷却系统的浮力以及平均流速下冷却运行湍流能，分别为Gb、Gk，还涉及到源项Sk、Sg，常数Cg3，液相动力粘度为μ。在此基础上还包含如下数值

其中湍动能计算，公式为kd=C2

t k，湍流年度计算则需要根据方程（14）。

3 内燃机冷却水腔内数值模拟试验计算

内燃机冷却水腔内数值模拟试验计算，首先试验对象为冷却系统的缸盖，及时创建温度场模型，选择最常用的增压水冷四缸柴油机类型，在初始状态下对缸盖玩电脑读测量记录，随后在沸腾传热情况下进行仿真处理与计算，具体结构、性能等参数详见表1。

表1 增压水冷四缸柴油机详细参数?

仿真试验中，结合柴油机具体情况设置硬度塞测温点，数量为20个，按照1-20进行编号，并且绘制局部实物图。根据数值模拟要求，设计冷却流道网格以及缸盖模型，以STAR CCM+几何模型为参考，要求网格尺寸必须控制到4mm，并且边界厚度设定在1.2mm。因为内燃机冷却腔内道复杂，所以设计网络数量基数较大，约83.5万个。利用计算软件设定模拟分析系数，并且绘制传热系数曲线，统计瞬时温度变化，由此推断出柴油机运行情况，同时还能够了解热边界变化，及时对模拟结果进行分析，计算出平均环境温度与平均传热系数。根据统计数值生成气泡分布云图、冷却水腔内流线分布云图。及时对在内燃机冷却系统进行优化处理，提高冷却效率。其中内燃机冷却系统中的缸盖模拟数值计算，结合水腔壁面体积数值生成云图，发现缸盖的主要换热方式为对流换热，虽然会出现局部沸腾换热情况，则主要集中在高温区域。因为换热期间会出现大量气泡，这些气泡受到缸盖结构的影响会附着在壁面位置，试验研究中的缸盖气道，气泡最密集区域为气道鼻梁位置，密集度达到27.7%。结合这种情况制定流动环境改善的方案，改善气泡聚集情况，防止因为换热恶化导致缸盖气泡出现膜态沸腾现象，进而导致缸盖出现裂痕。通过对冷却水腔内流线云图结构分析，发现气道鼻梁位置因为结构原因，截面积相对来讲比较大，所以流量比较充足，并且监测平均流速发现能够达到2m/s。可是在实际流动中，因为紧邻排气道，加上预热塞对鼻梁区所造成的影响，限制了水腔壁面的流动速度，导致壁面的曲率出现异常，冷却液流动遇到死区。针对这种现象必须及时对几何结构进行调整，调整冷却液平均流速，保证制冷系统的正常运行。及时对比试验中的温度与流动数值，特别是缸盖的鼻梁位置，作为测量的重点区域，频繁出现冷却液流动异常情况，因此，需要定期对相关数值进行计算比较，利用仿真实验的方式，总结出有效的改善措施，将计算误差降到最小，提高内燃机冷却系统运行稳定性，并且保证冷却系统数据统计精度。

4 结束语

综上所述，结合内燃机冷却系统腔内数值模拟分析，选择出最适合的冷沸腾换热模型，并且进行模拟数值分析，计算出冷却系统优化相关数值，严格控制模拟计算误差。冷沸腾换热模型对缸盖温度控制效果理想，并且为内燃机冷却系统优化提供准确参考。

[1]董非，苑天林，武志伟，等.基于RPI模型的内燃机冷却水腔内数值模拟研究[J].化工学报，2019，070（S2）：250-257.

[2]武志伟.冷却介质对内燃机冷却水腔内沸腾换热影响的模拟研究[D].2020.

[3]陈雪飞，秦国良，贾诚，等.基于气腔模型和节流阀模型的离心压缩机喘振数值研究（英文）[J].风机技术，2019（5）.

文章来源：《内燃机工程》网址: http://www.nrjgczz.cn/qikandaodu/2021/0226/533.html