基于CFD的两冲程动机水套冷却设计.PDF

基于 CFD 的两冲程发动机水套冷却设计 1 尹鹏 ，曹菁菁，袁志远 （上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240 ） （Tel Email ：yinpeng@sjtu.edu.cn ） 摘 要：本文使用三维 CFD 软件 STAR-CCM+对某款两冲程水平对置发动机的水套冷却系统的流动性能进 行了分析，对比了不同设计方案下水套内部流动情况，基于模拟结果对各方案的冷缺结果进行了评估，最 终发现采用底部对称双入水口的方案具有最均匀的流动效果，符合了发动机的冷却要求，是最合理的冷却 方案。 关键词：两冲程，水套，流动 0. 前言 发动机正常的工作温度是保证发动机良好工作性能及其使用寿命的一个重要条件。根据 所用冷却介质不同，车用发动机的冷却系统可以分为水冷式和风冷式两种。在传统摩托车两 冲程发动机中，一般采用风冷的方式对发动机进行冷却。摩托车发动机由于可以通过散热片 直接暴露与空气环境内，在高速行驶时仍可以保证较好的散热效果。但是针对本次的研究的 对象，两冲程水平对置发动机，由于其原本的设计意图是作为混合动力汽车的增程器来带动 车内的发电机对电池进行充电，因而发动机势必不会暴露与空气环境中，因而也无法使用传 统的风冷方式对发动机进行冷却，水冷方式成为了必然的选择。 发动机水冷系统的工作过程大致如下：冷却液由水泵驱动，进行强制循环流动，冷却液 流经的部件包括水泵、发动机水套、散热器、节温器及冷却系统连接管路等。发动机冷却系 统散热能力的提高可以通过提高冷却液的散热能力来实现，其中，发动机冷却水套内的冷却 液体直接吸收来自缸体和缸盖高热负荷区的热量，因此，冷却水套的结构是否合理直接影响 到内燃机受热零部件的冷却效果。通过数值模拟的手段可以有效地对冷却液的流动进行计算 分析，进而更好的对冷却系统进行设计。 本文采用 CD-adapco 公司开发的 STAR-CCM+软件进行计算，对各水套方案进行分析比 较，从而最终得出比较合理和有效的水套设计。 1. 水套方案设计 在水套方案设计中，主要考虑了以下几个参数：入水口的数量、分布位置以及入水口的 流动方向。这三个参数对于整个水套内的流动都有着重要的影响，如何合理的设计发动机水 套的入水口显得十分重要。此外，考虑到高温废气在流经排气道时会导致排气道温度过高， 因而又额外考虑了在排气道侧添加流动通道的方案。具体的方案设计如下文所示。 图  1 为最原始的水套设计方案，采用了传统的单入水口单出水口方案，入水口位于水套 底部进气侧，采用直接法相方向入水的方式。出水口位于缸盖顶部。缸体水套上预留进、排 气道孔，缸体水套与缸盖水套采用一体化设计。 图 2 为水套设计方案二。该方案在方案一的基础上再缸体上部添加了一个入水口，以期 改善缸体上部的流动情况。 图 3 为水套设计方案三。该方案在方案一的基础上在缸体底部的排气侧加入了一个入 水口，通过增加入水口数量来加强水套内部流动。                                                               1 上海交通大学汽车工程研究院，Tel Email：yinpeng@sjtu.edu.cn  西递安科软件技术（上海）有限公司  上海市浦东新区陆家嘴环路 166 号未来资产大厦 5 楼 D 座                   北京市朝阳区酒仙桥路 20 号颐堤港一座 5 层 506 室      a 整体方案                b 入水口细节  图  1 水套设计方案一