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冷却系统
国外内燃机
2015年第6期
自然吸气直列3缸柴油机冷却系统的优化
【印度】V.KaleB,RajuV.Dhiman
摘要：通过增大发动机的缸径和行程，以及其他设计改造来提升发动机的功率。通过优化冷却水套设计和水泵流量参数解决与冷却有关的问题。在保持发动机机体外形尺寸不变的情况下增大缸径会导致气缸体和气缸套之间的冷却水套减小，从而导致热负荷增加，采用优化冷却水套和改造水泵设计。来提高发动机的冷却能力。内燃机冷却系统包括具有复杂结构的水套。针对这些复杂的系统，计算流体动力学(CFD)模拟在短时间内就可以完成。CFD理论上具有模拟任何物理条件的能力。针对1款直列3缸水冷式柴油机，采用STARCCM十软件8.04版本进行了有效优化。通过k-e满流模型，研究了冷却水流速和温度分布。采用UGNX7.5软件对气缸体和气缸盖进行了模拟。
关键词：优化气缸体气缸盖冷却系统
CFD模拟
0前言
为了提升发动机功率，可采用增大缸径和行程，以及提高平均有效压力等方法。该项目通过将发动机缸径增大3%和升级改造发动机冷却系统使发动机功率提升7%，且改造后的冷却系统比原机型的更好。
由于热负荷增加，针对新流量要求的优化步骤主要由以下儿方面组成：确定最终水孔尺寸，改变发动机机体几何形状，优化进口冷却水流量，相应改变水泵几何形状，并且还提出了建议采用的冷却水流量，可减小散热器的尺寸，从而节省空间（图1)。
发动机机体尺寸固定
通过增大缸径提升发动机功率气缸体和气缸套之间的冷却面积减小
热负荷增加图1向题描述
1冷却系统优化的需求
在内燃机中，除了有用功，还存在诸如冷却损万方数据
失、排气损失和其他损失等能量损失。为了进行冷却优化，研究人员预判存在30%的冷却损失改善空间。
由于本研究采用的3缸发动机不具备EGR冷却器和机油冷却器，因此，水泵上的冷却负荷仅是发动机冷却水通过气缸体和气缸盖之后的温升。假设水泵的效率为47.4%，现有发动机所需的冷却水流量为1.133kg/s。
如图2所示，在计算流体动力学(CFD)分析中，为了得出冷却水流速分布，需要考虑发动机气缸体和气缸盖总成上的5个截面：（1）发动机下止点处的截面AA：（2）流入气缸体（进水口）处的截面BB该截面决定水套中的水流量；（3）上止点处的截面CC；（4）气门鼻梁区的截面DD；（5）由发动机气缸盖流出（出水口处)的截面EE。
c B
图2CFD分析中各截面的位置