用于高品质发动机的热场集成模拟方法

用于高品质发动机的热场集成模拟方法

为了提高发动机的品质，同时保证发动机的可靠性，需要确定发动机的热场。目前，采用的热场模拟方法可分为两大类：唯象方法和计算流体动力学方法。其中，唯象方法根据试验现象对热场进行模拟，不去解释热场形成的内在原因；而计算流体动力学方法通过建立理论模型对热场进行模拟，忽略真实试验反映出的规律。对此，研究将这两种方法进行结合，给出一种对高品质发动机热场进行集成模拟的方法。

所设计的发动机热场集成模拟方法主要采用了共轭传热仿真和三维计算流体动力学仿真两种方法。仿真时，首先对缸内燃烧进行初步模拟，即在燃烧室表面施加一个均匀的壁面温度；之后，利用共轭传热方法对发动机部件、冷却液回路以及气体到缸壁的热传导进行仿真。由于共轭传热仿真是一种唯象方法，因而通过该过程可以得到发动机运行形成的热场中固体、流体以及固体与流体之间的热传导过程；最后，利用三维计算流体动力学方法对发动机各部件的热辐射和热流动进行仿真，得到最终形成的热场。

图1 发动机稳态条件下的温度分布与仿真分析结果对比

对该方法进行验证时，采用了A、B两种缸内直喷涡轮增压发动机：A发动机为V型8缸；B发动机为直列4缸。试验分别设定A发动机转速7000r/min、燃油喷射压力1.83MPa；B发动机转速5200r/min、燃油喷射压力为2.30MPa。测量A、B发动机稳态条件下的温度分布，将测量结果与集成模拟的仿真结果进行对比。对比结果如图1所示。从图1中可以看出，仿真结果与试验结果非常接近。因而，所提出的发动机热场集成模拟方法能对热场进行有效模拟，且具有较高的精度。

Giuseppe Cicalese et al.SAE

2016-01-0578.

编译：李臣