发动机冷却系统计算

发动机冷却系统计算发动机冷却系统是汽车的重要组成部分之一,冷却系统的作用是使发动机在各种转速和各种行驶状态下都能有效的控制温度，其中水套是整个冷却系统的关键部分。本文为发AVLFIRECFD可以得到水套整个流场(速度、压力、温度以及HTC等）1。散热量的计算在设计或选用冷却系统的部件时，就是以散入冷却系统的热量Q 为原始数据，计算W冷却系统的循环水量、冷却空气量,以便设计或选用水泵和散热器.1。1冷却系统散走的热量冷却系统散走的热量Q ,受许多复杂因素的影响，很难精确计算，因此在计算时，W估W算公式为：QW

AgNhe e n3600

/s) （1)式中：A—传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比；g—内燃机燃料消耗率（kg/kW·h）;eN—内燃机功率（kW）;eh —燃料低热值n

表1 发动机总功率试验数据发动机转速（r/min）（g/kwh）校正有效功率(kw）校正有效扭矩（Nm）2000293。520。296.33200286.537.4111.84400280.853.9116。95200320.763。9117。46000340.870。2111.8根据表1CK14发动机总功率实验数据：6000rpm时,Ne

=70.2kW,g=340.8g/kW·h,e汽油机热量理论计算一般A=0。23～0.30，但随着发动机燃烧技术的提高，热效率也不断提高，根据同类型机型热平衡试验数据反运算，A值一般在0。15左右。汽油低热值h =43100kJ/kg，A选取0.15，故对于CK14发动机标定功率下散热量：nQ 0.150.340870.24310043KWW 360011.2冷却水的循环量根据散入冷却系统的热量,可以算出冷却水的循环V ：WQWV tW

W

(m3s) (2）twtw

w w w—冷却水在内燃机中循环时的容许温升，对现代强制循环冷却系，可取=4℃～8℃，本机初步计算取值7℃；—水的比重，可近似取 =1000kg 3w wc—水的比热,可近似取cw

=4。187kJ/kg·℃;Q—冷却系统散热量，由（2）式算得Q=43KW。W W将上述各值代入VW

计算公式，可得CK14发动机标定功率下冷却水循环量为：2。水泵的选用

V ≈0.00147W

s=1.47L/s2。1水泵的泵水量选取水泵主要根据所需的泵水量和泵水压力来选择,泵水量Vb按下式初步确定:

可根据冷却水循环量V ,WVV W(3Vbvs

s) （4）式中-冷却水循环量，由（2）式算得CK14发动V 为1.47L/s；W W—水泵的容积效率，主要考虑水泵中冷却水的泄漏，一般 =0.8～0。9，本次vs vs计算 取值0。8。vs计算得CK14发动机所需水泵的泵水量为:Vb标定转速时应大于110L/min。2。2水泵的泵水压力选取

≈1。84L/s,所以我们选取水泵的流量在确定水泵的泵水压力,应保证其足以克服冷却系中所有的流动阻力，并得到必要的冷却水循环流动速度，同时为了冷却可靠,在工作温度下，水在任一点的压力均应大于此时的饱和蒸汽压力，以免发生气蚀现象。2一般车用发动机中，冷却系管道流动阻力一般为7.5103～12.5103Pa

,水套阻力一般为13103～15103Pa

，水散热器阻力一般为20103～25103Pa

40103～53103，为安全起见,一般泵水压力取150KP。a总上所述,我们确定水泵的选取要求为：在发动机转速为6000rpm时，水泵转速6720rpm时，水泵流量应大于110L/min,水泵进出口压力差应大于150KP。a3．散热器的设计计算3。1散热器需散走的热量散热器在使用一段时间以后,由于水垢的生成而使少量水管堵塞，散热性能下降10％左右；此外，由于压力盖泄漏以及气流分布不均，也会使其散热能力下降5%～10%；另外，根据以往及AVL匹配发动机的经验，空调冷凝器前置对前格栅的进风温度将提升10℃-20℃左右.在进行整车热平衡的研究，必须考虑空调对发动机过热的影响。因此,我们选用的散热器的散热能力Q应比水套散掉的热量Q高出10％～25%。即散 WQ=（1。05～1。25）Q散 W取系数为1.1，则散热器的散热量应为47.3kW。3.2散热器芯子正面面积FfF=（0。0027-0.0034）Nef maxNe=70。2Kw，F=0。1895~0。2523m2。max f3。3散热面积S散热面积S为管带的散热面积与散热片面积之和。

·Ne比

max

为0.07m2/Kw比发动机散热器散热面积S=0。07×70.2=4.914m24。发动机水套CFD模拟计算4.1水套计算模型和网格图1水套几何模型3图2水套网格模型由于水泵的内部结构非常复杂，完全按照水泵真实模型建模计算比较困难，同时考虑到计算耗时和计算主要所关心的是水套内流动情况，所以本报告计算采用在水套入口加上定转速时的水泵流量进行模拟。4。2计算工况及边界条件三维粘性湍流流动，采用稳态计算模式.1。8kg/s，100000Pa；壁面:由于没能从实验获得发动机空间壁面温度分布，在计算中采用了假定的壁面温度场，缸盖壁面平均温度120℃，缸体壁面平均温度100℃。计算结果分析整体水套压力分布图3水套整体压力分布121270Pa,101045Pa,进出口压差即发动机水套压力损20225KPa,4分析其原因是由于水套数模部分区域（4）与原机缸盖切割对比分析其是否存在差异。图4排气侧水套存在尖角区域。24。3.2.1缸盖鼻梁区域流场分析对于缸盖内部流场需要对其切片观察，分析其速度场，压力场，温度场等。图5缸盖鼻梁区冷却水速度分布图56缸盖鼻梁区域温度场分布7缸盖鼻梁区域压力场分布85~81016m/s，递增趋势，符合同类型发动机的要求,但一缸流速与其他几缸差异较大.359K，366K，353K气侧，最高温度出现在第四缸鼻梁区域。127118Pa,65410Pa，9示,此处圆角建议加大。6图9压力损失最大部位4。3。2。2 缸盖底部流场分布图10缸盖底面速度场整个截面平均速度1.56m/s，大于一般发动机缸盖底面冷却水平均速度,满足冷却要求。但进排气两侧冷却水不均匀，排气侧水流速低于进气侧，和理论设计排气侧流速大于进气侧相反，可以进一步优化。4。3.3缸体水套结果分析4.3.3.1缸体水套压力场分布图11缸体水套进气侧压力分布7图12缸体水套排气侧压力场分布1112只在水泵进口出存在局部压力损失较大区域，建议增大圆角减小压力损失。4.3。3。2缸体水套速度场分布图13缸体水套顶面速度场及流线分布1.5m/s，0.5m/s看缸体水套水流很顺畅.4。42394214分布.8图14缸盖上水孔分布各个水孔上水量如下表所示：水孔号15各个水孔流量数据质量流量（kg/s）各个水孔上水量如下表所示：水孔号15各个水孔流量数据质量流量（kg/s）占总流量百分比10。1397。8％20。190910.7%30。0533％40。0301。7％第1缸 50。0090。5% 25.7％60。0050。3％70.0120。7％80.0090。5%90.0080.5％100。0402.3％110.0844。7％9120.0040.2％130.0050.3％140.0925。2％150。0955.3%160。010.6%170.0130。7%180.1226。9％190.1387.8％200.0171%210。0201。2％220。33618。9%230。34419.4％3311。8％416.9%38。3%（1）40％盖流向第四缸缸盖，但此款发动机一缸上水量只有25.7%,且第一缸还布置了一小的出水10％的冷却水直接由缸体进入缸盖第一缸后流出，从冷却角度考虑有点浪费.38.3%出缸盖出水口,虽然使得缸体得到了很好的冷却，但降低了缸盖的冷却效果。4.5冷却系统散走热量校核：353.15K,359。24K，6。74KQQt cVw w w Wt-冷却水在发动机水套中的温升w—水的比重，可近似取 =1000kg m3w wc—水的比热，可近似取cw V 1。8L/s

=4.187kJ/kg·℃；W经计算Q=50。5KW大于发动机燃烧热量散入冷却水套热量43KW，满足冷却要求.5.冷却系统总体分析与建议（1）改进，在文中都已经指出。（2)6720rpm110L/min,150KPa6000rpm100L/m