第1期（总第234期） 2018年2月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No (Serial No 234)
Feb2018
冷热冲击工况下发动机冷却水套传热分析
吴飞，李培杰”，詹洁”，张希”
（1武汶理工大学机电工程学院，湖北武汉430070：2武汶东测科技有限贡任公司，湖北武汶430056）
摘要；通过模拟整车在上下坡过程中发动机工作状况，建立了冷却水套非移态工作环境，利用CFX流体分析软件对非稳态工况下的冷却水套流动传热状况进行仿真分析，得到了冷却液流场和温度场，通过流固耦合分析得出了发动机缸体缸盖热负荷的分布情况。对发动机进行了实际的变工况试验验证，证明了仿其分析的正确性，验证了冷热冲击试验可以为冷却水套换热分析提供准确的工况环境。
关键词：冷却水套冷热冲击：传热仿真 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 01 013
中图分类号：TK41421
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)01-0073-05
发动机冷却水套是发动机进行热交换的直接媒介，对发动机各零部件的热负荷分布影响很大。发动机不合理的热负荷分布会导致发动机缸盖、活塞、缸体等重要部件发生非正常的热变形，从而缩短其工作寿命，其至引发工作事故。因此对冷却水套进行冷却性能的研究有利于发动机工作性能的提高。
目前国内外学者对发动机水套的研究只是局限于机动车稳态工作状况下，然而发动机的工作环境相当复杂，突发情况很多，稳态工作状态下的冷却水套分析研究并不能深人地预知发动机长期工作过程中遇到的可靠性问题，即使稳态分析研究结果符合要求，在多变复杂的传热环境中也有可能出现发动机缸体缸盖等受热部件不正常热变形，甚至开裂等失效现象。因此本研究建立了发动机的冷热冲击工况，使水套工作环境更加符合机动车实际运行工况，并对冷却水套在非稳态工况下的冷却性能进行了仿真分析，得到了水套温度场、流场以及缸体缸盖热负
荷分布情况，并对分析结果进行了试验验证。 1冷热冲击工况
整车在满载全负荷爬坡、下坡过程中，发动机的冷却液温度会急剧上升下降，从而对发动机各部件造成很多热危害。发动机冷热冲击试验可以将这种发动机工作环境进行室内再现，通过多次数的循环试验来检验发动机的性能优劣[2-5]。为了准确模拟
收稿日期：2017-08-01；修回日期：2018-01-22
整车在上下坡过程中发动机的工作状态，对发动机的工作条件进行了设定。发动机转速、水套入口温度、负荷变化情况见图1。
入口温度
7000 6.000 量5000H 4.000H 3.000f 2.000m 1000F ou
-转速·-载荷
500
140 120 100 80 60 140 20 o 1000
图1冷热冲击工况各参数变化曲线
一次冲击循环包括热冲、冷冲、怠速3种工况运行顺序为热冲一怠速一冷冲。热冲工况分为两个区域，热冲1和热冲2。发动机处于热冲工况时，负荷在180s内由0线性上升到110N·m，人口温度上升斜率与负何上升斜率保持一致：上升至最大负荷后，发动机保持全速全负荷105$。热冲工况完成后转速降低到意速，负荷降至最小。怠速工况持续 30s后，人口温度不作控制，自然上升，进人冷冲阶段。转速在180s内上升至最大转速，负荷保持最小不变；达到最高转速后保持105s不变。冷热冲击工况规范见表1。
作者简介：吴飞（1973一)，男，副教投，博土，主要研究方向为汽车零部件性能检测、机械振动分析、CAD/CAM及数控技术等：Wufe
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