發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的流固耦合分析

1、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的流固耦合分析缸體缸蓋的流固耦合分析陳思?xì)W陽梅重慶長安汽車股份有限公司動(dòng)力研究院摘要摘要:通過MPCCI作為接口連接Abaqus與Starccm軟件對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋進(jìn)行流耦合仿真分析，得到缸體及缸蓋的溫度場分布。將所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證該分析方法有效性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:缸體缸蓋，耦合，Abaqus，MPCCI0.簡介簡介近十年來，隨著人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)所承受的熱負(fù)荷

2、也逐漸增加，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的開發(fā)也變得越來越重要。沸騰換熱對(duì)于冷卻水套是一種非常重要的換熱方式，利用泡核沸騰的高傳熱能力，可以實(shí)現(xiàn)高溫冷卻，對(duì)降低缸體及缸蓋的溫度有著非常重要的作用。采用流固耦合傳熱的計(jì)算方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的傳熱進(jìn)行分析，可較快得到精確的缸體缸蓋溫度及水套的流動(dòng)、溫度及氣泡分布，為缸體缸蓋的溫度控制和水套的設(shè)計(jì)，以及缸體缸蓋的熱機(jī)強(qiáng)度計(jì)算提供邊界條件。本文通過MPCCI作為接口連接Abaqus與Starccm軟件

3、，采用流固耦合的方法對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱過程進(jìn)行了分析。最后，將所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證該分析方法有效性。1.分析流程分析流程1.1傳統(tǒng)傳統(tǒng)計(jì)算計(jì)算流程流程傳統(tǒng)的缸體缸蓋溫度場分析流程中，由CFD軟件計(jì)算得到水套的熱邊界條件。再將得到的冷卻液溫度和換熱系數(shù)映射到需要進(jìn)行熱傳遞的模型網(wǎng)格上。即流體換熱及固體熱傳導(dǎo)部分分開計(jì)算，通過反復(fù)迭代計(jì)算得到精確的溫度場分布，但是，目前一般僅迭代計(jì)算一次。這樣計(jì)算的的結(jié)果與真實(shí)結(jié)果有一定的差

4、距，并且不能對(duì)水套及機(jī)體的相互影響做實(shí)時(shí)的分析和判斷，同時(shí)，水套內(nèi)的沸騰狀態(tài)也無法進(jìn)行精確判斷、控制及利用。1.2流固耦合流程流固耦合流程通過MPCCI作為接口連接Abaqus與Starccm軟件對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋進(jìn)行就流耦合仿真分析，通過反復(fù)迭代，得到缸體及缸蓋的溫度場分布，如圖1所示。圖1.流固耦合分析流固耦合分析Q?=μ?h?????(?????)?????(???????)??????????????.??(2)式13中，μl、

5、ρl、及prl分別表示液體的動(dòng)力粘度系數(shù)、汽化潛熱、密度及普朗特?cái)?shù)，Cpl、Tsat分別表示為飽和液體的比熱容及飽和溫度，ρl為液體的密度，ρv為氣體的密度，σ汽體表面張力系數(shù)，Cqw為加熱表面液體組合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)[2]。3.計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果分析為了驗(yàn)證該流固耦合分析方法的有效性，將該方法與傳統(tǒng)仿真計(jì)算結(jié)果值進(jìn)行對(duì)比，從圖4中可以看到，相對(duì)于傳統(tǒng)分析方法，流固耦合分析的結(jié)果每缸的溫度從高到底，更加真實(shí)的反映冷卻液對(duì)缸蓋溫度的影響。圖5為

6、缸體溫度分布云圖，兩種方法溫度相差不大。（a）流固耦合方法流固耦合方法（b）傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法圖4缸蓋溫度分布缸蓋溫度分布云圖云圖，C（a）流固耦合方法流固耦合方法（b）傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法圖5缸體溫度分布溫度分布云圖云圖，C4.工程應(yīng)用工程應(yīng)用在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在缸體缸蓋最終確定開模方案前常常會(huì)有諸多的修改。下例為缸蓋開發(fā)時(shí)，為了工程化的某些要求，對(duì)水套進(jìn)行了修改，如圖6所示。在分析時(shí)，直接將Starccm中的流體模型進(jìn)行替換，即可驗(yàn)算修改方案