那大功

（同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海200092）

電站用柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

那大功

（同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海200092）

以發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述冷卻系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真分析。采用試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法可以最優(yōu)地達(dá)到設(shè)計(jì)目的。選擇1款電站用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，對(duì)比驗(yàn)證幾種不同的冷卻系統(tǒng)配置，再用AMESim軟件搭建發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各個(gè)子模塊仿真模型，并進(jìn)行冷卻系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的仿真計(jì)算，最終選擇出合適的方案。

發(fā)動(dòng)機(jī) 熱管理 冷卻系統(tǒng) AMESim仿真 模型

1 前言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的熱負(fù)荷也不斷增大。目前，幾乎所有的發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化都面臨如何解決熱管理問(wèn)題；此外，排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格也不斷對(duì)冷卻系統(tǒng)提出新要求。冷卻系統(tǒng)工作性能的優(yōu)劣直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)性能的優(yōu)劣。因此，為滿足進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善燃油經(jīng)濟(jì)性需求以及日益嚴(yán)格的排放要求，必須開(kāi)發(fā)高效可靠的冷卻系統(tǒng)。采用更加先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案對(duì)深入研究冷卻系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)高效可靠的冷卻系統(tǒng)具有重要的意義。試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并行可以最優(yōu)地達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的目的。本研究工作采用試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并行方法，為某款電站用柴油機(jī)配套設(shè)計(jì)合適的冷卻系統(tǒng)，并進(jìn)行冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)。

2 冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)研究

2.1 冷卻系統(tǒng)

典型的電站用柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)采用閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻方式，主要由冷卻水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、調(diào)溫器、散熱器、中冷器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱等零部件組成，見(jiàn)圖1。

2.2 冷卻系統(tǒng)試驗(yàn)

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理研究以臺(tái)架試驗(yàn)即熱平衡試驗(yàn)為基礎(chǔ)[1]，試驗(yàn)精度依賴(lài)測(cè)量?jī)x器的精度，對(duì)測(cè)量設(shè)備的要求高。測(cè)量數(shù)據(jù)越全面、越準(zhǔn)確，則試驗(yàn)結(jié)果可靠性就越高。在一般熱平衡試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，節(jié)溫器、水泵、風(fēng)扇安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上，中冷器、散熱器、膨脹水箱整合成1個(gè)零部件，固定在試驗(yàn)臺(tái)架上，或根據(jù)需要安裝在合適的位置。

圖1 電站用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)示意圖

以1款6缸直列4氣門(mén)增壓中冷電站用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證幾種現(xiàn)有的散熱器配置的冷卻能力，同時(shí)采集風(fēng)扇試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如風(fēng)扇功率、風(fēng)扇風(fēng)量，用于搭建計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

2.3 散熱器對(duì)比試驗(yàn)

選3款現(xiàn)有的、與中冷器集成一體的散熱器A、B和C樣品，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。3款散熱器散熱面積不同，散熱芯子排數(shù)不同，外形尺寸略有差異。散熱器A、B、C配套的風(fēng)扇直徑都為660 mm，但散熱器C配套的風(fēng)扇速比不同。冷卻系統(tǒng)熱平衡試驗(yàn)條件如下：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)不帶空氣濾清器和消聲器及尾管，發(fā)電機(jī)空載，帶散熱器（散熱器與中冷器一體）；（2）為滿足最終應(yīng)用環(huán)境溫度50℃，試驗(yàn)室環(huán)境溫度控制為50℃；（3）試驗(yàn)工況為最大功率工況。試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度保持在92℃以上，機(jī)油溫度在95～115℃，最大功率工況保持穩(wěn)定15min以上，使柴油機(jī)達(dá)到熱平衡，同時(shí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。3種散熱器對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

評(píng)判冷卻系統(tǒng)是否合適，可以根據(jù)以下條件來(lái)評(píng)估：（1）中冷后溫度-環(huán)境溫度≤20℃；（2）冷卻液沸點(diǎn)溫度-出水溫度+環(huán)境溫度≥50℃；（3）散熱器進(jìn)出口水溫差＜10℃。分析表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：（1）雖然發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度接近100℃，但考慮到膨脹水箱有壓力蓋，故可以認(rèn)為該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)配置可以在環(huán)境溫度50℃的條件下運(yùn)行；（2）從中冷后溫度與環(huán)境溫度之差來(lái)看，散熱器B滿足要求，其余2個(gè)都大于20℃，表明他們配置的中冷器冷卻能力不足，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能；（3）散熱器C中冷前后壓差僅有2 kPa，按照經(jīng)驗(yàn)，中冷前后壓差應(yīng)該小于10 kPa，但是也不能過(guò)小。這說(shuō)明中冷器的冷卻能力不足，需要提高中冷器冷卻能力應(yīng)該由此介入；（4）從發(fā)動(dòng)機(jī)的功率來(lái)看，由于散熱器A散熱能力太差，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法運(yùn)行到最大功率；配散熱器B和C的發(fā)動(dòng)機(jī)功率相差幾個(gè)千瓦，考慮到二者之間的區(qū)別僅為風(fēng)扇速比不同，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不同，可以認(rèn)為他們的差異是風(fēng)扇消耗功率導(dǎo)致的；（5）從綜合指標(biāo)看，散熱器B和C都滿足要求，其中B散熱器的冷卻能力還有一定的余量。

2.4 風(fēng)扇消耗功率試驗(yàn)

由于發(fā)動(dòng)機(jī)附件中風(fēng)扇消耗的功率最大，所以開(kāi)發(fā)一套冷卻系統(tǒng)，需要知道風(fēng)扇消耗的功率?？梢酝ㄟ^(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)量風(fēng)扇在標(biāo)定轉(zhuǎn)速下所消耗的功率。僅測(cè)試1款配置，選取直徑為660mm的風(fēng)扇，風(fēng)扇速比為1.44（風(fēng)扇與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比）。測(cè)試時(shí)，先將風(fēng)扇安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，連接好整個(gè)冷卻系統(tǒng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行到標(biāo)定工況轉(zhuǎn)速，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)在帶風(fēng)扇情況下的各項(xiàng)參數(shù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。然后拆下風(fēng)扇，連接好整個(gè)冷卻系統(tǒng)再進(jìn)行相同的試驗(yàn)，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)在不帶風(fēng)扇情況下的各項(xiàng)參數(shù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

對(duì)比表3和表4中的功率數(shù)據(jù)可見(jiàn)，風(fēng)扇消耗功率大約是10 kW。

2.5 風(fēng)扇風(fēng)速試驗(yàn)

將散熱器表面大約均分成9個(gè)區(qū)域，用a至i 9個(gè)字母代表每個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域安裝1個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量通過(guò)散熱器表面的風(fēng)量，即風(fēng)扇風(fēng)速值，見(jiàn)表5。該試驗(yàn)可以與之前散熱器試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

從表5可見(jiàn)，第1種風(fēng)扇的通風(fēng)量最大，但是通風(fēng)量不均勻，靠近中間的通風(fēng)量明顯變小，說(shuō)明散熱器芯子布置不均勻，中間密度過(guò)大，導(dǎo)致通風(fēng)有些不暢，明顯影響散熱器的散熱效果。第2種風(fēng)扇通風(fēng)量與第1種差不多，但是散熱器中間的通風(fēng)量有所增加，說(shuō)明散熱器通風(fēng)效果好許多，散熱器芯子布置比較合理。第3種風(fēng)扇風(fēng)量最小，這是因?yàn)轱L(fēng)扇速比減小，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變小的緣故；但是散熱器通風(fēng)量比較均勻，說(shuō)明散熱器芯子設(shè)計(jì)得最好，布置比較合理。這與之前3款配置的散熱器試驗(yàn)結(jié)論是一致的。

表2 3種散熱器對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)帶風(fēng)扇試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 發(fā)動(dòng)機(jī)不帶風(fēng)扇試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 風(fēng)扇風(fēng)速值m/s

從以上3款散熱器的試驗(yàn)過(guò)程可以看出，這種試驗(yàn)方法結(jié)果直觀、明顯。散熱器B滿足配套使用需求，最終選擇B樣品作為正式產(chǎn)品。但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，散熱器B的冷卻能力過(guò)大，不是最佳選擇。如果選擇最佳樣品，需要繼續(xù)試驗(yàn)多個(gè)不同的樣品，這樣會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間及費(fèi)用。這可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

3 冷卻系統(tǒng)仿真分析

3.1 熱管理系統(tǒng)仿真模型

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的飛速發(fā)展，針對(duì)熱管理的仿真研究越來(lái)越深入，出現(xiàn)了各種仿真研究模型。如果選用一款計(jì)算機(jī)仿真軟件可以模擬實(shí)際的熱平衡狀態(tài)[2]，輸入一些發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)參數(shù)，模擬中冷器、散熱器等冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的主要參數(shù)配置，就可以在每款新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段選出合適的配置，減少驗(yàn)證階段的大量反復(fù)工作，大大縮短產(chǎn)品配套的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)成功率，降低開(kāi)發(fā)成本；對(duì)改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量也有很大的參考意義。通過(guò)對(duì)熱管理的研究，可以明確改善熱量利用的方向，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)，在材料的許用溫度下，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能、降低有害氣體排放的目的。

選用AMESim軟件作為研究工具[3]。從軟件demo庫(kù)熱管理模型中選取1個(gè)模型模擬作為參考，搭建電站用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)仿真模型。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的配置，設(shè)定模型參數(shù)及工作條件。搭建模型如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器、中冷器、風(fēng)扇、水泵、節(jié)溫器等關(guān)鍵零部件都需要單獨(dú)運(yùn)行，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確度。

圖2 AMESim冷卻系統(tǒng)仿真模型示意圖

3.2 主要零部件對(duì)冷卻性能的影響

3.2.1 散熱器迎風(fēng)面積

一般水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器由散熱芯子、進(jìn)水室和出水室3個(gè)部分組成。冷卻液在散熱芯子內(nèi)流動(dòng)，空氣從散熱芯子外高速通過(guò)，冷卻液和空氣通過(guò)散熱芯子進(jìn)行熱量交換。散熱器作為冷卻系統(tǒng)中主要的熱量交換零件，對(duì)冷卻性能的影響是最主要的。常見(jiàn)的影響散熱器能力的因素有：散熱器的迎風(fēng)面積、散熱芯子的排數(shù)、管片管帶結(jié)構(gòu)形式、散熱芯子材料等。選幾種不同迎風(fēng)面積的配置，模擬計(jì)算迎風(fēng)面積對(duì)散熱器進(jìn)出口水溫的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

3.2.2 散熱芯子排數(shù)影響

散熱芯子排數(shù)是散熱器的重要參數(shù)之一。選1款散熱器，僅改變其散熱芯子排數(shù)，從1排變到5排，模擬計(jì)算散熱芯子排數(shù)對(duì)散熱器冷卻性能的影響，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 散熱芯子排數(shù)對(duì)冷卻性能的影響

從圖4可見(jiàn)，隨著散熱芯子排數(shù)的增加，散熱器進(jìn)出水的溫度急劇下降，而進(jìn)出口水溫差持續(xù)上升。這是因?yàn)樯崞鞯臒峤粨Q面積增大的原因。但散熱芯子排數(shù)受散熱器整體尺寸限制不能無(wú)限增加；另一方面，冷卻系統(tǒng)冷卻能力超過(guò)所需，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是不利的。由于散熱芯子排數(shù)對(duì)進(jìn)出口水溫的變化是明顯的，所以設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)時(shí)需要優(yōu)先考慮這個(gè)問(wèn)題。

3.2.3 水泵速比影響

對(duì)電站發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)而言，由于電站用發(fā)動(dòng)機(jī)工作是在恒定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，所以可以通過(guò)調(diào)整水泵的速比來(lái)改變冷卻系統(tǒng)的冷卻液流量，從而達(dá)到改變冷卻系統(tǒng)換熱能力的目的。對(duì)于皮帶傳動(dòng)的輪系，可以通過(guò)調(diào)整主動(dòng)帶輪與水泵帶輪的直徑來(lái)改變水泵速比，這是相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)的方案。采用不同水泵速比，模擬計(jì)算水泵速比對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 水泵速比對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響

從圖5可見(jiàn)，隨著速比的增加，即隨著水泵轉(zhuǎn)速增加，散熱器進(jìn)口水溫下降。這說(shuō)明系統(tǒng)中的冷卻液流量增加，系統(tǒng)的換熱量也隨之增加。

3.2.4 風(fēng)扇速比影響

風(fēng)扇在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中所起的作用也很大，而且風(fēng)扇消耗功率占發(fā)動(dòng)機(jī)附件消耗功率中很大一部分。在滿足冷卻能力的前提下適當(dāng)減少風(fēng)扇消耗功率是提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)途徑。風(fēng)扇噪聲也是發(fā)動(dòng)機(jī)NVH中一個(gè)重要來(lái)源。降低風(fēng)扇速比，即降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，就能降低風(fēng)扇消耗功率和風(fēng)扇噪聲。選幾種不同的風(fēng)扇速比，模擬計(jì)算風(fēng)扇速比對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 風(fēng)扇速比對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響

從圖6可見(jiàn)，隨著風(fēng)扇速比（即風(fēng)扇速度）的增大，散熱器進(jìn)出口水溫差在變大，這意味著冷卻系統(tǒng)的冷卻效果也在增加。因此增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也是一個(gè)提高冷卻系統(tǒng)冷卻能力的途徑。但是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的增加會(huì)帶來(lái)風(fēng)扇消耗功率和風(fēng)扇噪聲的增加，風(fēng)扇運(yùn)行可靠性的下降。

3.3 環(huán)境溫度影響

環(huán)境溫度作為外部環(huán)境對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響尤其明顯，冷卻系統(tǒng)中的散熱器及中冷器都是通過(guò)與空氣進(jìn)行熱量交換來(lái)起到冷卻效果的。在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際環(huán)境溫度變化范圍來(lái)考慮冷卻系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)。

選50℃、45℃、40℃和25℃共4個(gè)不同環(huán)境溫度進(jìn)行模擬計(jì)算，得到不同環(huán)境溫度下散熱器進(jìn)出口水溫?cái)?shù)據(jù)及溫差，見(jiàn)表6。從表6可見(jiàn)，環(huán)境溫度為25℃時(shí)，進(jìn)出口水溫分別為83.9℃和62℃。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)而言，這樣的進(jìn)出水溫是不理想的，發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于比較低的工作溫度，熱效率很差，不是合適的配置。當(dāng)環(huán)境溫度為50℃時(shí)，進(jìn)出水溫度分別為97℃和89℃，是比較適合的發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，因而發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放等性能指標(biāo)都有很大的改善。由此可見(jiàn)，該電站發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是按適應(yīng)環(huán)境溫度50℃匹配設(shè)計(jì)，供高溫環(huán)境地區(qū)用戶(hù)使用。

表6 不同環(huán)境溫度下散熱器進(jìn)出口水溫及溫差

3.4 冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)。目前配置的冷卻系統(tǒng)是用于高溫地區(qū)（環(huán)境溫度為50℃）使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)模擬計(jì)算來(lái)驗(yàn)證該配置的合理性，并在此基礎(chǔ)上再優(yōu)化出適應(yīng)于環(huán)境溫度40℃和30℃的冷卻系統(tǒng)配置。

采用相同配置的冷卻系統(tǒng)將環(huán)境溫度降到40℃，模擬計(jì)算散熱器進(jìn)出口水的溫度。計(jì)算結(jié)果，進(jìn)出口水溫差為10℃，有點(diǎn)偏大。這意味著散熱器的冷卻能力有點(diǎn)過(guò)大，導(dǎo)致散熱器進(jìn)出口溫度僅為78℃和88℃。作為電站用發(fā)動(dòng)機(jī)，工況變化不大，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在這個(gè)溫度下工作，熱效率利用不高，熱量過(guò)多地被冷卻液帶走，需要進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)整散熱器面積、風(fēng)扇尺寸和轉(zhuǎn)速，對(duì)該冷卻系統(tǒng)進(jìn)行模擬優(yōu)化。優(yōu)化后散熱器進(jìn)出口水溫差小于8℃，進(jìn)出口水溫度分別為87℃和95℃，冷卻系統(tǒng)冷卻能力減小，工作溫度提升到該發(fā)動(dòng)機(jī)適宜的工作溫度，更有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性。

針對(duì)環(huán)境溫度為30℃（常規(guī)環(huán)境溫度），選擇幾款不同配置的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡模擬計(jì)算，得到幾組散熱器進(jìn)出口水溫曲線。最差的配置，進(jìn)出口水溫度差為24℃，出口水溫度為64℃，完全不適合發(fā)動(dòng)機(jī)。通過(guò)更改和選配散熱器散熱面積、風(fēng)扇直徑和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，優(yōu)化三者之間的組合，得到最優(yōu)的結(jié)果：散熱器進(jìn)出口水溫差為8℃，進(jìn)出口水溫分別為86℃和94℃，基本處于該款發(fā)動(dòng)機(jī)的合理工作水溫。推薦使用這種冷卻系統(tǒng)組合配置。

4 小結(jié)

用試驗(yàn)和仿真并行方法對(duì)1款電站用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)熱管理進(jìn)行研究。先進(jìn)行單機(jī)熱平衡試驗(yàn)，然后為冷卻系統(tǒng)匹配合適的散熱器、冷卻風(fēng)扇和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；用AMESim軟件，搭建冷卻系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行匹配計(jì)算。通過(guò)比較仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證仿真模型用于柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性，為從事發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究的企業(yè)設(shè)計(jì)人員，打開(kāi)思路，提供研究手段，也為后續(xù)的研究打下了一定的基礎(chǔ)。

本研究工作的主要結(jié)論如下：

（1）采用AMESim軟件，搭建某款電站用柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)仿真模型和系統(tǒng)關(guān)鍵零件散熱器、水泵、風(fēng)扇仿真模型。仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，在此基礎(chǔ)上建立了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的仿真模型。

（2）設(shè)定仿真邊界條件與試驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)一致，對(duì)幾種散熱器進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，誤差在5%以?xún)?nèi)，可以認(rèn)為模型基本可信。在此基礎(chǔ)上，對(duì)冷卻系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵零部件進(jìn)行了優(yōu)化匹配計(jì)算，包括散熱器迎風(fēng)面積、散熱芯子排數(shù)、水泵速比、風(fēng)扇速比，得到了各零部件變化對(duì)冷卻系統(tǒng)散熱能力的影響趨勢(shì)，證明了該仿真模型用于柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)的可行性。通過(guò)試驗(yàn)和AMESim仿真研究了柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化匹配，為冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)較好的方法，下一步的工作可以在以下幾個(gè)方面開(kāi)展：

（1）建立柴油機(jī)仿真模型，研究熱管理系統(tǒng)、風(fēng)扇水泵等運(yùn)動(dòng)件的控制策略對(duì)柴油機(jī)性能的影響規(guī)律，不僅可以?xún)?yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)本身各系統(tǒng)的參數(shù)，而且可以?xún)?yōu)化整車(chē)匹配的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等，進(jìn)一步發(fā)揮AMESim仿真模型的優(yōu)勢(shì)。

（2）整個(gè)冷卻系統(tǒng)中，影響因素很多，不止前面中提到的幾個(gè)零件、幾個(gè)參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，主要考慮了幾個(gè)大的零部件影響，但是一些小細(xì)節(jié)對(duì)于冷卻系統(tǒng)的影響也很重要，如水管直徑、水管布置等?？梢赃M(jìn)一步應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，在模擬計(jì)算中盡可能考慮更多的影響因素。

[1]成曉北，潘立，鞠洪玲.現(xiàn)代車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，2008(1)：1-7.

[2]齊斌，倪計(jì)民，顧寧，等.發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)試驗(yàn)和仿真研究[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)，2008(4)：40-43.

[3]魏君.LMSImagine.Lab AMESim Rev 8B[J].Cad/cam與制造業(yè)信息化，2009(11)：51-52.

Design and Research ofCooling System for Power DieselEngine

Na Dagong
（SchoolofAutomotives Studies,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The cooling system of a diesel engine for generating setwas analyzed by bench test and computer simulation.The combination of testand simulation can achieve an optimal design.The testing of the system ofdifferentconfigurationsand their comparisonwere performed.Simulationmodelsof the cooling system and itseach sub-modulewerebuiltusing AMESim software,and the simulation of the cooling system and sub-system was carried out.With the testing and simulation an appropriate program for the cooling system wasmade.

engine,heatmanagement,cooling system,AMESim simulation,model

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.04.007

來(lái)稿日期：2017-06-27

那大功（1979-），男，主任級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榭蛙?chē)應(yīng)用配套。