第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
发动机本体传热的一维CFD仿真
刘建敏，康琦，王普凯,刘艳斌，董意（陆军装甲兵学院车辆工程系，北京100072）
No 5 (Serial No 238 )
Oct2018
摘要：利用Pro/E软件建立了缸套、缸盖和缸体三维模型，并抽取得到了冷却水腔模型。利用GT-Suite中
GEM3D模块实现三维模型向管路、流动部件和热质量一维模型转换，通过台架试验数据验证了模型的准确性。对标定工况下发动机本体传热量、温度分布以及冷却液入口流量、发动机转速和负荷对传热性能的敏感性进行了分析，仿其结果为发动机本体传热控制及优化提供了理论依据。
关键词：内燃机；冷却水腔；计算流体力学；仿真 DOI:10 3969/j issn 1001-22222018 05 016
中图分类号：TK4211
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)05-0087-06
发动机本体传热研究1-9]一般是先建立三维模型，将之离散为有限元网格模型，然后对发动机部件和冷却水腔的流场和温度场进行仿真计算。这种方法对数据要求高，建模时间长且仿真计算收敛慢，对计算机硬件要求高
本研究在发动机气缸排三维模型基础上，利用 GT-Suite软件中的GEM3D模块将三维模型离散成大量的小体积块，得到一维仿真模型，而后采用有限体积法进行求解。对标定工况下发动机本体传热量，温度分布以及冷却液人口流量，发动机转速和负荷对传热性能的敏感性进行了分析，仿真结果为发动机本体传热控制及优化提供了一定的参考。这种建立模型的方法在保证计算精度的前提上，可以大
大减少计算时间。 1理论分析
1.1发动机工质传热理论
发动机工质与其所接触部件的传热量由传热量的瞬时变化率在一个工作循环内对曲轴转角进行积分10]得到：
10rdQdp Qwi =
dc
(1)
式中：d为曲轴转角；为冲程数;dOwi/d为壁面传热量随曲轴转角的瞬时变化率，由气体瞬时温度和壁面瞬时传热系数计算得到。
收稿日期：2018-01-30；修回日期：2018-06-29
基金项目：国防973"项目；军队科研计划项目（2016ZB07）
dQi1
duiAwi（Ti—Twi）。
op
(2)
式中：αi为壁面瞬时传热系数；Ti为工质瞬时温度：Tw为壁面温度；A为传热面积；为曲轴旋转角速度。
对于不同的传热部位，需要采用不同的壁面传热系数计算公式。
气缸内壁面由活塞顶面、缸盖底面、气门底面和缸套内壁面围成，缸内燃气与气缸内壁面的瞬时传热系数用Woschni公式计算：
ai=326D-2 po" T-0 . Gi um+C
pv/(ppo)。
(3)
式中：u为活塞平均运动速度：Po为倒拖工况对应的气缸压力；T1为压缩始点的缸内燃气温度：PI为压缩始点的缸内燃气压力；T为缸内气体温度P为缸内气体压力;V1为压缩始点的气缸容积；V为气缸工作容积；D为气缸直径；C为气体速度系数： C2为燃烧室形状系数
气体速度系数由气缸工作阶段进气涡流速度和活塞平均速度确定。
换气过程：
C =618+0 417u/u. 。
压缩、燃烧和膨胀过程：
C=228+0308ua/ucn。
式中：u为进气涡流速度。
作者简介：刘建敏（1963一），男，教授，博士，主要研究方向为军用车辆动力系统状态监测与故障诊断;zgyljml@sinaeom，
(4)(5)