用于高品質(zhì)發(fā)動機(jī)的熱場集成模擬方法

為了提高發(fā)動機(jī)的品質(zhì)，同時(shí)保證發(fā)動機(jī)的可靠性，需要確定發(fā)動機(jī)的熱場。目前，采用的熱場模擬方法可分為兩大類：唯象方法和計(jì)算流體動力學(xué)方法。其中，唯象方法根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象對熱場進(jìn)行模擬，不去解釋熱場形成的內(nèi)在原因；而計(jì)算流體動力學(xué)方法通過建立理論模型對熱場進(jìn)行模擬，忽略真實(shí)試驗(yàn)反映出的規(guī)律。對此，研究將這兩種方法進(jìn)行結(jié)合，給出一種對高品質(zhì)發(fā)動機(jī)熱場進(jìn)行集成模擬的方法。

所設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)熱場集成模擬方法主要采用了共軛傳熱仿真和三維計(jì)算流體動力學(xué)仿真兩種方法。仿真時(shí)，首先對缸內(nèi)燃燒進(jìn)行初步模擬，即在燃燒室表面施加一個(gè)均勻的壁面溫度；之后，利用共軛傳熱方法對發(fā)動機(jī)部件、冷卻液回路以及氣體到缸壁的熱傳導(dǎo)進(jìn)行仿真。由于共軛傳熱仿真是一種唯象方法，因而通過該過程可以得到發(fā)動機(jī)運(yùn)行形成的熱場中固體、流體以及固體與流體之間的熱傳導(dǎo)過程；最后，利用三維計(jì)算流體動力學(xué)方法對發(fā)動機(jī)各部件的熱輻射和熱流動進(jìn)行仿真，得到最終形成的熱場。

圖1 發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)條件下的溫度分布與仿真分析結(jié)果對比

對該方法進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，采用了A、B兩種缸內(nèi)直噴渦輪增壓發(fā)動機(jī)：A發(fā)動機(jī)為V型8缸；B發(fā)動機(jī)為直列4缸。試驗(yàn)分別設(shè)定A發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速7000r/min、燃油噴射壓力1.83MPa；B發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速5200r/min、燃油噴射壓力為2.30MPa。測量A、B發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)條件下的溫度分布，將測量結(jié)果與集成模擬的仿真結(jié)果進(jìn)行對比。對比結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果非常接近。因而，所提出的發(fā)動機(jī)熱場集成模擬方法能對熱場進(jìn)行有效模擬，且具有較高的精度。

Giuseppe Cicalese et al.SAE

2016-01-0578.

編譯：李臣