CFD Analysis and Optimization of a Diesel Engine Cooling Water Jacket

The STAR-CCM+software is used to investigate the flow inside a cooling water jacket of an in-line six-cylinder diesel engine.The results show that the average flow velocity of the cooling water inside the jacket is 1.669 m/s while the flow velocity distribution is not uniform for each cylinder.Moreover,the fluid velocity in proximity to the cylinder head is too low,thereby affecting the cooling performances of the water jacket.Two corresponding structural optimization schemes are proposed to mitigate this issue and the post-optimization performances of the water jacket are discussed in detail.

基于STAR-CCM+的冷却水套三维仿真分析

冷却水套是发动机冷却系统的主要散热部件之一,水套结构的合理设计对发动机工作性能有着重要的影响。冷却水套主要由缸头水套、缸垫、缸体水套组成,其中,缸头水套的鼻梁区为高温区域,产生的热量需要高效的冷却才能保证其散热性能。为评估水套结构设计合理性及系统分析水套内冷却液的流动特性,采用计算流体动力学(computational fluid dyna-mics,CFD)分析软件STAR-CCM+对某发动机冷却水套进行了数值模拟研究,提出了一种基于流动路径的冷却水套结构改进方法,通过对冷却液流动路径及速度分布均匀性的数值模拟相关研究,可以有效对现冷却水套冷却液流动不足进行优化改善,明显提升鼻梁区、排气侧区域的冷却,整体改善冷却水套的散热性能。基于流动路径的冷却水套CFD仿真及结构改进方法可为发动机冷却水套的设计及优化提供理论指导。

欧-Ⅲ排放柴油机缸盖冷却水腔流动与传热的数值解析

本文利用CFD和FEM耦合计算的方法,较准确的确定缸盖冷却水腔的热边界条件,对普及型欧-Ⅲ排放柴油机的冷却水腔和缸盖温度场进行了模拟。文章对冷却水腔的整体流动均匀性和整机压力损失进行了分析评估,并对缸盖火力面、喷油器安装孔和排气道周围冷却水腔的冷却情况进行了详细分析。模拟计算结果表明:冷却水腔的流动均匀性和压力损失可以满足使用要求;流经火力面和排气道周围水腔的冷却液流量分配合理;缸盖火力面、喷油器安装孔和排气道周围水腔冷却良好。

铝合金柴油机气缸盖热-机耦合应力分析

利用Pro/E软件对某柴油机气缸盖进行三维实体建模,并对该模型进行了热负荷分析,其中水腔的热边界条件用CFD软件Fluent进行求解,将CFD计算出的对流边界条件影射到缸盖水腔表面,最后利用ANSYS-workbench软件计算出缸盖的温度场,并进行热-机耦合应力分析。结果表明,气门周围的应力较大,应作为设计重点考虑的部位。

某型柴油机水泵-水套联合模型CFD分析

散热性能优良的冷却系统对柴油机动力性、可靠性的提升有着重要的影响[1],为深入了解冷却系统在冷却过程中的具体细节,冷却水套内的流动问题已是重要研究课题[2],独立对冷却水套进行研究不足以了解整个冷却系统的匹配问题和冷却能力,因此在原水套模型基础上增添一个冷却水泵模型,构成水泵-水套联合模型进行分析。本文搭建某型柴油机水泵-水套联合分析模型,采用多重参考模型(MRF)对其冷却系统进行分析。

某单缸发动机冷却系统数值模拟及优化

为研究某单缸发动机冷却系统的冷却性能及工作流量,采用CFD方法对该单缸发动机冷却系统开展流场分析及工作流量提升研究。实验结果表明:该发动机冷却系统原方案的工作流量为34 L/min,不满足当发动机转速8 000 r/min时工作流量43.75 L/min的设计要求。通过优化水套阻力和提升冷却水泵性能,冷却系统的工作流量提升至44 L/min,增幅为29.4%。研究结果可为该单缸发动机冷却系统的冷却性能评估及结构改进提供仿真数据支撑。

基于流-固耦合分析的某型柴油机冷却水套开发

利用三维CAE软件对我所某款高速轻型柴油机冷却水套进行开发。首先运用Star-ccm+对整个冷却水套进行优化,初步获得较为理想的冷却流场分布,并提取该方案的缸盖热边界条件,即流体壁面温度及换热系数;然后将提取的热边界条件映射到有限元面网格,并运用有限元技术将其与缸盖体单元进行耦合,先后计算出缸盖的温度场及热应力分布,结合缸盖热应力分析结果,对冷却水套及缸盖固体区域进行优化,重复前面仿真工作,直到整个水套流场及缸盖热应力分布合理。

石油焦煅烧工艺冷却方式的对比与分析

对比分析回转窑和罐式炉不同的冷却方式,采用冷却效率高,并且对高温煅后焦热量可以余热利用的冷却技术正在成为新的发展方向。回转窑间接冷却不仅可以产生90℃的热水,而且还能解决直接喷淋冷却带来的焦粒粉化问题,是新建或者改造项目的优选工艺。罐式炉汽化冷却方式可以产生250~300kg/t-CPC的饱和蒸汽,经济性明显,是降低双碳排放的重要技术,但是产业化应用还需要解决水套材料、寿命方面的问题。

非道路柴油机冷却水套流动传热分析与优化

冷却水套作为柴油机的核心结构,其流动与传热特性直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。以某两缸高压共轨柴油机为研究对象,为了解该发动机冷却水套流动与传热性能,以水套速度场、温度场、换热系数等空间分布参数为判据,重点对冷却水套关键区域的流动和传热特性进行分析,同时提出优化方案。仿真结果表明:发动机整体冷却液流动性差,平均流速低于0.5m/s,缸体进气侧冷却水套上部出现了流动死区;通过对冷却系统性能参数和冷却水套结构进行优化,冷却水套进出口压力损失减小,整体冷却液平均流速较原方案提高了173.91%,整体平均换热系数较原方案提高了41.93%,整体冷却水套流动均匀性得到改善。

双缸发动机冷却水套流场分析及优化

为评估某双缸发动机冷却水套结构设计的合理性,对该双缸发动机冷却水套开展了CFD流场数值模拟分析,结果表明:原冷却水套结构下存在极少冷却液流向第二缸缸体及其缸头上鼻梁区的现象,导致两缸冷却液流速差异明显,不利于两缸的均匀冷却。对缸体入水口和缸垫上水孔进行了改进,改进后冷却液从缸体入水口进入后可同时向两缸分散流动,促使缸体水套各缸的冷却液流速分布更均匀;第二缸缸头上鼻梁区流速明显增加。研究结果可为双缸发动机冷却水套冷却液流速分布的合理性评估及水套结构改进提供仿真数据支撑及理论指导。

某20缸柴油机冷却水套优化分析

本文采用CFD方法对柴油机的冷却水套内流动特性进行了有限元分析,并根据计算结果对冷却水套的结构进行了优化改进。优化后的计算结果表明:优化改进后的冷却水套在保证主要换热区域流速在合理范围内的前提下,其余流速较慢甚至流动滞止的区域流动有所加强,从整体上看优化改进后的冷却水套换热能力得到了增强。

奥斯麦特炉过渡段水套冷却强度仿真研究

奥斯麦特炉是一种先进的强化熔炼技术设备,在铜冶炼领域中应用广泛,过渡段是其炉体斜顶和防砸区的顶部与锅炉上升烟道之间的部位,该部位工作环境恶劣,温度极高,需要有效的冷却措施来保证设备的正常运行和使用寿命。过渡段作为奥斯麦特炉连接炉体与烟道的关键部位,其在高温条件下的冷却性能对设备的安全与稳定性至关重要。本文通过基于铜水套传热机理的分析,对过渡段水套进行了详细建模。利用SolidWorks软件对奥斯麦特炉过渡段铜水套进行建模及仿真研究,通过对比分析其在不同工况下的温度场、冷却水温升及冷却强度,为奥斯麦特炉过渡段铜水套的设计提供了理论依据,并有助于优化水套的结构设计和冷却参数,提高冷却效果,防止水套过热损坏,提高设备的安全性和运行稳定性。

某发动机冷却水套散热性能分析及优化

为准确评估发动机水套换热性能,基于AVL_FIRE软件对某发动机缸盖、缸体水套的流速、换热系数进行计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真分析。仿真结果表明:第4缸排气侧流速相对其他缸偏低,部分区域换热系数较小,无法满足评价标准;缸盖集成排气歧管后端法兰处冷却液流速较低,下层水套基本没有冷却液流动,为流动死区,容易使热负荷集中;冷却液体积流量为136 L/min时,发动机水套流阻为42 kPa,相对匹配功率为450 W的电子水泵,水套流阻较大。将第4缸气缸垫的一个水孔截面积增大80%,增设1个气缸垫水孔,另外一个水孔截面积减小10%,同时将堵棒流通长度增加150%,通过碗形塞优化排气歧管后端水套上、下层的连通,对优化水套进行CFD分析及流-固耦合分析,结果表明:冷却液体积流量为136 L/min时,水套流阻为35 kPa,满足匹配的电子水泵功率要求;优化后第4缸缸体下层水套冷却液流动明显改善,第2、3缸进排气门鼻梁区后端换热系数偏低,但缸盖水套关键区域温度满足限值要求。

水冷电机水路设计的研究

随着高功率密度电机的发展,散热问题越来越受到关注。水冷作为一种实用的散热方式得到了广泛研究,目前使用较多的水路为轴向"Z"字型和周向螺旋型。本文按照水路设计的步骤,经过详细的推导计算,对两种水路性能做了全面的对比。在分析这两种水路优缺点的基础上,综合考虑了水路的散热效果和对外部散热器及泵体的影响,给出基于电机长径比的水冷电机水路选择方法。将该方法应用于实际工程电机水路设计,具有很好的指导意义。

2D25卧式柴油机冷却水套结构的CFD模拟优化

针对高效低污染卧式柴油机的技术要求,为了设计合理的冷却系统,结合冷却水流动试验,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,分析了2D25卧式柴油机强制冷却闭式循环系统的冷却水套结构对冷却水流场的影响,优化了卧式两缸柴油机冷却水套结构。研究结果表明:合理布局缸体进水孔方案可以改善缸体水套内冷却水的流动和冷却效果,减少流动损失,降低水泵的功率损耗。合理设计和布置缸盖入水孔,可以大大提高缸盖水套内冷却水的整体流动速度,减小各缸冷却效果的差异,改善热负荷高的鼻梁区以及排气侧的冷却效果。对原冷却水套结构优化后,水套整体平均流速提高了40%,整体平均换热系数提高了41.7%,在公共水腔和缸体水套上方没有出现原方案的水流撞击和大漩涡,热负荷最高的缸盖底面和鼻梁区冷却水流速和换热明显增强,各缸均匀性变好。

发动机冷却水腔内沸腾传热的模拟研究

从单相流观点出发研究了两种计算过冷流动沸腾传热的思路:分区描述法和叠加计算法。提出了两个基于分区描述法的沸腾模型A和沸腾模型B;修正了基于叠加计算法的Chen沸腾模型和BDL沸腾模型中对流传热项的计算方法。利用这些沸腾模型进行了缸盖鼻梁区冷却水腔沸腾传热的数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:采用分区描述法和叠加计算法进行发动机冷却水腔内过冷流动沸腾传热计算均是可行且有效的方法;采用沸腾模型A和修正的BDL模型的预测精度比另两个沸腾模型要高;提高流速和过冷度均能强化沸腾传热的能力,提高压力后则在更高的壁面温度下才出现沸腾传热。

柴油机缸盖水腔流动与沸腾传热的流固耦合数值模拟

采用CFD软件STAR-CD和FEA软件ABAQUS对226B型柴油机缸盖冷却水腔内的流动和传热过程进行了流固耦合数值模拟计算。为反映沸腾传热的影响,基于FORTRAN语言开发了单相流沸腾传热模型,将其嵌入到STAR-CD中。与试验结果的比较表明,加入沸腾传热模型可以大幅度提高模拟计算的精度,最大误差由18%下降至7%,为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据。

一种新型的热轧棒线材强力穿水冷却装置

一种新型的棒线材在线控制冷却用的强力穿水冷却装置 ,采用无净化处理的轧机循环冷却水作为冷却介质。介绍了强力水冷装置的组成 ,防堵塞的原因是由于冷却剂在圆弧形沟槽内流动。

增压中冷柴油机冷却水套流动特性研究

在不同工况下对冷却水套水流入口流量以及特征点的温度、压力进行了测试与分析。建立了冷却水套三维模型,对冷却水腔的流动均匀性、整机压力损失、冷却液流速和换热系数进行了分析。研究结果表明:强化机型冷却水套中的流速和换热系数均能满足冷却要求,但各缸冷却水套的流速不均匀,在进排气侧不同程度地出现了旋涡,第四缸附近的流速低于其它各缸;进入气缸盖冷却水套的流量不均匀;改进后的冷却水套结构使流动的均匀性得到改善。

发动机冷却水套穴蚀机理分析与试验

为研究柴油机冷却水套内空化现象的产生机理,该文使用计算流体力学(CFD)方法研究施加壁面振动的不同入口流速、不同流场温度时冷却水套内部流体的流动特性及空化特性,同时设计并搭建可施加壁面振动的可视化空化试验台,对计算结果进行了验证。研究结果表明:空化现象主要发生在圆弧壁最小间隙位置,并在下游区域发展壮大;冷却水入口流速的增加会使得空化现象略有加强,但并不明显;当冷却水温为50℃时,空化现象较强,当水温逐渐升高时,空化现象反而减弱;当圆弧壁面有振动时,空穴现象明显加强,并且其产生的空化效果明显强于冷却水温及入口流速等因素的变化所产生的空化波动。此研究的结果将有助于控制发动机冷却水套中空化现象的发生,并降低冷却水套穴蚀的发生风险。