用于高品質發動機的熱場集成模擬方法

用于高品質發動機的熱場集成模擬方法

為了提高發動機的品質，同時保證發動機的可靠性，需要確定發動機的熱場。目前，采用的熱場模擬方法可分為兩大類：唯象方法和計算流體動力學方法。其中，唯象方法根據試驗現象對熱場進行模擬，不去解釋熱場形成的內在原因；而計算流體動力學方法通過建立理論模型對熱場進行模擬，忽略真實試驗反映出的規律。對此，研究將這兩種方法進行結合，給出一種對高品質發動機熱場進行集成模擬的方法。

所設計的發動機熱場集成模擬方法主要采用了共軛傳熱仿真和三維計算流體動力學仿真兩種方法。仿真時，首先對缸內燃燒進行初步模擬，即在燃燒室表面施加一個均勻的壁面溫度；之后，利用共軛傳熱方法對發動機部件、冷卻液回路以及氣體到缸壁的熱傳導進行仿真。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動機運行形成的熱場中固體、流體以及固體與流體之間的熱傳導過程；最后，利用三維計算流體動力學方法對發動機各部件的熱輻射和熱流動進行仿真，得到最終形成的熱場。

圖1 發動機穩態條件下的溫度分布與仿真分析結果對比

對該方法進行驗證時，采用了A、B兩種缸內直噴渦輪增壓發動機：A發動機為V型8缸；B發動機為直列4缸。試驗分別設定A發動機轉速7000r/min、燃油噴射壓力1.83MPa；B發動機轉速5200r/min、燃油噴射壓力為2.30MPa。測量A、B發動機穩態條件下的溫度分布，將測量結果與集成模擬的仿真結果進行對比。對比結果如圖1所示。從圖1中可以看出，仿真結果與試驗結果非常接近。因而，所提出的發動機熱場集成模擬方法能對熱場進行有效模擬，且具有較高的精度。

Giuseppe Cicalese et al.SAE

2016-01-0578.

編譯：李臣