第38卷(2016)第2期结构与可靠性
柴油机 Diesel Engine
Vol. 38(2016) No. 2
高功率密度船用柴油机冷却系统优化仿真分析
陆传荣”，李佳”，苗伟驰，张国勇”
（1.海军驻七一一研究所军事代表室，上海201108;2.七一一研究所，上海201108）
摘要：针对某高功率密度船用大功率荣油机开发设计过程中，缸内热负荷增加导致缸套等受热零部件温度过高的情况，对冷却水腔结构进行局部优化。采用数值模拟的方法对改进前后的流场和温度场进行了对比分析，结果表明：优化后的冷却系统使整体流动阻力减小3%的同时，明显改善了缸盖和缸套关键区域的温度和热负荷情况，其中缸盖排气阀座位置最高温度下降30℃，第一道活塞环位置缸套平均温度下降8℃。
关键词调：船用柴油机；冷却系统；优化；仿真
中图分类号：TK424.2*1
文献标识码：A
文章编号：10014357(2016)02002004
Simulation Study on Optimization ofHighPower Density MarineDiesel
EngineCoolingSystem
Lu Chuanrong', Li Jia', Miao Weichi', Zhang Guoyong
(1. Naval Deputy Office of Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108:
2. Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108)
Abstract: Aiming at the phenomenon that the increase of thermal loads in the cylinder of high power den sity marine diesel engine causes overheating of cylinder liner and other parts in the development and de sign process, the cooling chamber was partially optimized. The flow field and temperature field before and after the optimization were compared by using simulation method. The results showed that the optimized cooling system not only reduced the total flow resistance by 3% , but also substantially decreased the tem perature and thermal loads of cylinder head, cylinder liner and other key components. The highest tem perature at the exhaust valve seat was decreased by 30 C, and the average temperature at the first piston ring was decreased by 8 °C.
Key words: marine diesel engine; cooling system; optimization; simulation
0引言
缸盖和缸套是燃烧室的关键组成部分"]，在柴油机工作过程中其内侧接触高温高压燃气，外侧接触冷却液，工作环境恶劣。缸盖和缸套的热状态和变形情况在某种程度上决定了柴油机的寿命[2]。随着排放法规的日益严格(3)，以及柴油机功率密度和强化指标的不断提高，对柴油机零部件的热负荷要求也越来越高)，缸盖和缸套热负荷问题更
需要特别关注(56)。
在某船用大功率柴油机开发设计过程中发现：随着功率密度的提高，缸内热负荷显著增大，缸盖排气侧位置热负荷偏高，其中第一道活塞环位置的缸套温度分布不均匀且冷却温度偏高，给缸盖和缸套的可靠性带来了很大的风险。针对这一问题，对冷却水腔结构进行了调整，重点优化了冷却水进口方向，对重点关注区域进行了结构性引导，并对优化效果做有限元仿真分析。计算结果表明：冷却水
收稿日期：2015-11-08
作者简介：陆传荣（1974-），男，工程师，主要研究方向为船舶动力装置设计。