第3期（总第236期） 2018年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
高原环境下柴油机冷却系统性能仿真
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 3(Serial No 236)
Jun2018
摘要：利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合，通过高原模拟台架试
验验证了模型的正确性，进而研究了不同海拨外特性工况下油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明：海拨每升高1000m，柴油机出口水温平均升高5D1%，散热量平均减小625%，风扇质量流量平均减小1120%，柴油机功率平均减小355%，燃油消耗率平均增加4.67%；该装甲车辆在海拨1000～2600m低转速区和海拨 2600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标，计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图，为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考，
关键词：高原环境柴油机冷却系统；仿真 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2018 03 003
文献标志码：B
中图分类号：TK4242：
文章编号：1001-2222(2018)03-0016-07
我国拥有世界上面积最大的高原，平均海拨在
2000～4500m，约占我国国土面积的1/31-2」。高原条件下，柴油机缸内燃烧恶化、冷却系统传散热能力降低，若不加控制和处理，将会产严重影响高温部件与冷却液之间的传热，导致柴油机出现功率下降、水油温升高超限、热负荷过高、可靠性下降等问题，最终严重影响装甲车辆的作战性能2-5]。因此，研究不同海拨下柴油机及其冷却系统性能的变化规律具有较强的实际意义。
本研究以某装甲车辆柴油机及其冷却系统为研
究对象，建立了高原环境下柴油机工作过程和冷却系统的一维模型，采用直接耦合方法实现了工作过程和冷却系统之间流动与传热边界条件双向传递，完成对柴油机及其冷却系统更为精准的稳态计算。通过高原模拟台架试验数据验证了模型的正确性，进而研究了高原环境对柴油机及其冷却系统性能的影响规律。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标，计算求得了柴油机最大允许负荷和风扇最小
体积流量增幅MAP图。 1理论分析
1.1冷却系统传热分析
冷却系统的传热主要集中在散热器部件上，该收稿日期：2017-12-20；修回日期：2018-05-29
基金项目：国防"973"项目，军队科研计划项目(2016ZB07）
装甲车辆采用管带式紧凌散热器，冷却方式为强制风冷。散热器内部热流和冷流的传热及散热器传热量可采用式(1)和式(2)计算求得
Qu=mMC,(TT")
Qs=ms Cs（Ts"—Ts'）， Q=QM=Qs
Qn=KRAnAT.
(1)
AT. -(T'-T?-"-T"I。(2)
Ts"- Tu In Ts"_ Tu"
式中：Q，Qs和Qs分别为冷却液、空气和散热器散热量；mM，ms分别为冷却液和空气质量流量： C,M，C,s分别为冷却液和空气比热容；TM，TM"分别为冷都液人口和出口温度：Ts，Ts"分别为空气入口和出口温度；Kr为散热器传热系数；An为散热器传热面积；△T.为散热器对数平均温差。
管带式散热器和大气接触的散热片，在传热计算上可当作肋片处理其传热系数为
K=1+(8/)β+1/(）。 (3)
hm
式中：h，hs分别为热流体与壁面间对流传热系数和冷流体与肋表面间对流传热系数；，入分别为助片厚度和导热系数；β，n分别为肋化系数和助化效率。
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票统状态监测与故障诊断jxxaafe1@163com。