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局部之一，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掌握温度，其中水套是整个冷却系统的关键局部。本文为发AVLFIRECFD计算，可以得到水套整个流场(速度、压力、温度以及HTC等)分布。通过速度场可以识别出滞止区、速度梯度大的区域，通过温度分布可以分析可能产生气泡的位置，通过换热系数的分布可以评估水套的冷却性能，通过压力分布可以显示出压力损失大的区域。本文针对功率点进展了计算。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。冷却系统散走的热量冷却系统散走的热量Q ,受很多简单因素的影响,很难准确计算,因此在计算时，通WQ估W算公式为：QW

AgNhe e n(kJ3600

/s) 〔1〕式中:A—传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比;gkg/kW·h);eN—内燃机功率(kW);eh—燃料低热值(kJ/kg)。n表1 发动机总功率试验数据(r/min)燃油消耗率(g/kwh)校正有效扭矩(Nm)2023293.520.296.33200286.537.4111.84400280.853.9116.95200320.763.9117.46000340.870.2111.8依据表1CK14发动机总功率试验数据：6000rpm时，Ne=70.2kW,ge=340.8g/kW·h,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，依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hn

=43100kJ/kg,A选取0.15，故对于CK14发动机标定功率下散热量：Q 0.150.340870.24310043KWW 3600冷却水的循环量依据散入冷却系统的热量，可以算出冷却水的循环量V ：WQWV tW

Wc

(m3s) 〔2〕twt

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℃；w—水的比重，可近似取=1000kg3wc—水的比热，可近似取cw

w=4.187kJ/kg·℃；wQ—冷却系统散热量，由〔2〕式算得Q=43KW。W WVW

计算公式，可得CK14发动机标定功率下冷却水循环量为：水泵的选用

V ≈0.00147W

s=1.47L/s水泵的泵水量选取Vb按下式初步确定：

可依据冷却水循环量V ，WVV W(3Vbvs

s) 〔4〕式中：V —冷却水循环量，由〔2〕式算得CK14发动机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 =0.8～0.9，本次计vs vs算 取值0.8。vs计算得CK14Vb110L/min。水泵的泵水压力选取

≈1.84L/s,所以我们选取水泵的流量在的饱和蒸汽压力，以免发生气蚀现象。一般车用发动机中，冷却系管道流淌阻力一般为7.5103～12.5103Pa

,水套阻力一般为13103～15103Pa

，水散热器阻力一般为20103～25103Pa

，总阻力为40103～53103，为安全起见，一般泵水压力取150KP。a6000rpm6720rpm时，水泵流量应大于110L/min,水泵进出口压力差应大于150KP。a散热器的设计计算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%5%～10%；另外，依据以往及AVL匹配发动机的阅历，空调冷凝器前置对前格栅的进风温度将提升10℃-20℃左右。在进展整车热平衡的争论，必需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力量Q应比水套散掉的热量Q高出10%～25%。即散 WQ=〔1.05～1.25〕Q散 W1.1，则散热器的散热量应为47.3kW。散热器芯子正面面积Ff依据《汽车设计手册》供给公式F=〔0.0027-0.0034〕Nef maxNe=70.2Kw，F=0.1895～0.2523m2。max f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

0.07m2/Kw比发动机散热器散热面积S=0.07×70.2=4.914m2发动机水套CFD模拟计算水套计算模型和网格1水套几何模型2水套网格模型定转速时的水泵流量进展模拟。计算工况及边界条件三维粘性湍流流淌，承受稳态计算模式。1.8kg/s，80℃；100000Pa；120100℃。计算结果分析整体水套压力分布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与同类机型相比较水套压力损失偏大。4原机缸盖切割比照分析其是否存在差异。4排气侧水套存在尖角区域缸盖水套结果分析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看，分析其速度场，压力场，温度场等。5缸盖鼻梁区冷却水速度分布图6缸盖鼻梁区域温度场分布7缸盖鼻梁区域压力场分布5～8而且从第一缸至第四缸水流速度呈递增趋势，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。353K。排气侧温度高于进气侧，最高温度消灭在第四缸鼻梁区域。65410Pa,9此处圆角建议加大。9压力损失最大部位缸盖底部流场分布10缸盖底面速度场1.56m/s，大于一般发动机缸盖底面冷却水平均速度，满足冷却要进气侧相反，可以进一步优化。缸体水套结果分析缸体水套压力场分布11缸体水套进气侧压力分布12缸体水套排气侧压力场分布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。缸体水套速度场分布13缸体水套顶面速度场及流线分布0.5m/s看缸体水套水流很顺畅。缸垫孔上水量分析914分布。14缸盖上水孔分布

各个水孔流量数据水孔号质量流量(kg/s)水孔号质量流量(kg/s)占总流量百分比10.1397.8%20.190910.7%30.0533%40.0301.7%150.0090.5%25.7%60.0050.3%70.0120.7%80.0090.5%90.0080.5%100.0402.3%2110.0844.7%7.5%120.0040.2%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%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铺张。接流出缸盖出水口，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。冷却系统散走热量校核：359.24K，6.74K。QQt 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。冷却系统总体分析与建议改进，在文中都已经指出。6720rpm110L/min,进出口压差大于150KPa。目前我们选定的水泵性能在6000rpm