某发动机冷却系统的仿真分析与实验验证
车辆发动机冷却模块试验与仿真研究
压比热；下标Ｉ、Ｏ、ｍａｘ、ｍｉｎ分别表示内侧、外侧、最 小值和最大值。
通过换热器传热的基本方程（１）～（５）及该换热 器元件的不同工况下传热性能数据，可以获得形如： ≯一厂（Ｎ丁Ｌ，，Ｗｏ，Ｗ，，Ｋｏ，Ａｏ）的关系式。式中， Ｋ０、Ａ，分别为换热器外侧表面换热器系数、外侧表 面传热面积。其中各换热器元件外翅片传热和阻力 性能的试验关联式可见文献［１１～１３］。
摘要：为了提高车辆发动机冷却模块传热与阻力性能的仿真精度，以某液压挖掘机包括 增压中冷器、液压油冷却器和水箱散热器在内的冷却模块为研究对象，采用３Ｄ和１Ｄ联合仿
真技术，对冷却模块各散热元件进行传热和阻力性能的仿真。进一步对冷却模块进行风洞试
验，并将试验结果与仿真结果进行对比。仿真结果表明：该模型对增压中冷器、液压油冷却器
及水箱散热器传热性能的偏差分别为一４．０２％、一５．８％和４．３７％，冷却模块系统阻力偏差
为一７．３８％。采用联合仿真技术相对于１Ｄ仿真，可明显提高仿真精度。
关键词：内燃机；车辆；发动机；冷却模块；联合仿真
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＣ ｅｎｇｉｎｅ；ｖｅｈｉｃｌｅ；ｅｎｇｉｎｅ；ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ；ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅ， ｔｈｅ ３Ｄ ａｎｄ １Ｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｅｘｃａｖａｔｏｒ ｍａ— ｃｈｉｎｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａ ｃｈａｒｇｅ ａｉｒ ｃｏｏｌｅｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｏｉｌ ｃｏｏｌｅｒ ａｎｄ ｒａｄｉａｔｏｒ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｓ一４．０２％，一５．８％ａｎｄ ４．３７％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ ｉｓ一７．３８％．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ １Ｄ ａｎｄ ３Ｄ ｃｏｒｎ— ｂｉｎｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ １Ｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
某型CVT冷却系统仿真与试验研究
某型CVT冷却系统仿真与试验研究本研究主要对某型CVT冷却系统进行了仿真与试验研究。
CVT冷却系统是指在可变传动器中为降低摩擦损失以及提高传动效率而设置的冷却系统。
本文将首先介绍CVT冷却系统的工作原理及主要构成部分，然后对系统进行建模和仿真分析，并结合实验对仿真结果进行验证和优化。
最后总结本研究的成果和不足之处，提出今后的改进方向。
1. CVT冷却系统概述CVT冷却系统是CVT传动中的一个重要组成部分，其主要功能是在变速器连续运转中有效地降低其温度，以提高传动效率和延长使用寿命。
CVT冷却系统主要包括水泵、散热器、温度传感器、管路等组成部分。
其中，水泵主要起抽水作用，将冷却液从散热器中抽出，经过变速器过程中产生的摩擦热后再回到散热器中进行降温，从而起到冷却作用。
温度传感器和管路则用于监测冷却液的温度和流动情况。
2. 建模和仿真分析本研究对CVT冷却系统进行建模和仿真分析。
采用ANSYS Fluent软件对系统进行数值求解，考虑了实际工况下流体的流动、温度、压力等物理量，分析了不同油温下的传热性能和流体动力学特性。
通过对模型的建立和仿真，可以得到CVT冷却系统在不同温度下的工作状态和效能，为后续试验优化提供数据基础。
3. 实验验证和优化为了验证模型的准确性和模拟结果的可靠性，本研究还进行了相应的试验。
实验结果表明，CVT冷却系统的工作效率和冷却性能随着系统设计参数和工作状态的不同而不同。
通过对仿真和试验结果的对比分析，发现存在一定的误差和差异，主要源于对CVT冷却系统工作原理和物理机理的理解不够深入和准确，同时受到实验系统本身的一系列限制因素的影响。
4. 结论和展望本研究对某型CVT冷却系统进行了建模和仿真分析，并结合实验对结果进行了验证和优化。
通过对试验数据的分析和比较，可以得出存在误差和差异的结论。
今后应该加强对CVT冷却系统物理机理的研究，完善其设计和工作状态下的模拟和优化，提高冷却效率和传动效能。
柴油机冷却系统工作过程数值仿真与试验研究
其中，循环水量与空气流量主要由散热量决定。在发动机燃烧室严重受热的零 部件以及一些关键的区域，循环水量的控制就显得尤为重要，这不仅与水泵的特性 有关，还与冷却水套、冷却水通道等的结构密切相关，同时还与冷却水水温有关， 因为冷却水高温沸腾产生的气泡阻力对水量有着显著的影响。而空气流量主要与风 扇直径、转速、叶片形状、流阻特性、水箱与风扇叶片相对位置以及机舱背压等因 素有关。合理而有效的水道结构能减少流动过程的涡流、节流等损失，提高关键区 域的流速同时避免非关键区域的过度冷却，从而大大提高冷却效率。散热效率则主
1.2 影响发动机冷却系统的因素、目前存在的问题以及要求
水冷式发动机通常采用闭式强制循环冷却系统，即利用水泵强制推压冷却水流 在由冷却水套等组成的封闭循环通路中流动，冷却水温的控制主要由节温器控制冷 却水流量的方式来实现。该种冷却系统主要由冷却水套、水泵、风扇、散热器、节 温器、循环管路等组成。由于组成冷却系统部件众多且结构复杂，加上发动机运行 工况的多样性，其影响因素也是多方面且错综复杂的。总体来说，影响冷却系统的
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。
II
prototype engine were uneven. The flowing condition is good in cylinder head while it is not so good in the back of the cylinder body and some improvement ought to be obtained. The cooling parts of the engine can meet the requirements of cooling performance by and large when the vehicle runs at medium speed and high speed. However, in order to fulfil the requirements that the vehicle runs under the conditions of low speed and high atmosphere temperature in summer, there should be some rematches on the cooling parts.
发动机冷却系统的建模与仿真
基金项目:上海新代车辆技术有限公司资助(Q20013)收稿日期:2002-09-19 第20卷 第9期计 算 机 仿 真2003年9月 文章编号:1006-9348(2003)09-0039-04发动机冷却系统的建模与仿真肖成永1,李健2,张建武1(1.上海交通大学机械工程学院,上海200030;2.上海新代车辆技术有限公司,上海200050)摘要:该文在基于M AT LAB/SIM U LINK 的环境中建立了某重型汽车柴油发动机冷却系统模型。
该系统主要由发动机、节温器、散热器、水泵以及空气冷却系统组成。
模型着重考虑了节温器的迟滞和热惯性等非线性特点,并建立了风扇的风速控制逻辑。
在不同运行状况下仿真结果与相应的发动机实测数据基本一致,表明所建立的模型具有较好的温度预测能力。
关键词:柴油机冷却系统;建模;仿真;迟滞中图分类号:TP271+.62;U270 文献标识码:A1 前言发动机冷却系统是保障发动机正常稳定运行的重要辅助系统。
它通过冷却水的循环带走了发动机运转过程中散发出来没有转化为机械能的热量,从而避免了因大量热量的累积而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。
用计算机对冷却系统性能进行仿真分析是近几年来发动机研究的热点。
本文基于热力学理论,在M AT LAB/SI M U LI NK 环境中建立发动机冷却系统的仿真模型,分析了冷却系统各组件的工作特性,并以实验数据对模型进行验证。
2 冷却系统的结构整个发动机冷却系统由两个体系构成:冷却水回路和冷却空气通道。
冷却水回路包括发动机、水管、节温器、散热器和冷却水泵等。
冷却空气依次通过中冷器、散热器、风扇和发动机,并带走发动机所产生的热量。
图1 冷却系统的构成图1中的发动机是整个系统的热源,发动机燃油燃烧产生的能量,约三分之一作为热量通过汽缸壁传导到冷却系统或直接散发到大气中。
图中的箭头指明了水在系统中流动的方向。
节温器通过蜡球操纵对流量进行控制。
当节温器没有打开时,水全部通过旁路通道经水泵流回发动机;当节温器打开时,冷却水进入散热器;散热器流出的水和旁路的水在水泵处混合。
发动机冷却系统动态特性仿真
"
!’
常数 + 就是热容， 单位为 +,-。对于质量为 , ， 定压比热为 - . 的物体， 热容 + ! ,- . 。比热 - . 的 单 位为 +, （ /0 ・-） 。 微分 （*） 式， 可得 # / （ （ ］ " # ’(" " ! ［ # %& !） !） + （1） ( &#
图#
一种理想热源的表示法
!"#$%&’"() (* +,)&#"- ./0*(0#&)-/ *(0 1/2"-%/ 3)4")/ 5((%")4 !,6’/#
7$ 8&"9$)! ， :/" ;"" （! # .9:;;< ;= >?@ABC D?E F;G@A >?BH?@@AH?B，IHD?BJK 0?HL@AJHMC，N:@?OHD?B "!"$!% ； " # P@QDAMR@?M ;= *:@ARD< D?E F;G@A >?BH?@@AH?B，.KS:;K 0?HL@AJHMC，.KS:;K ，"!&$$’） <=6’0&-’： ) RDM:@RDMH9D< R;E@< E@J9AHTH?B M:@ EC?DRH9 Q@A=;ARD?9@ ;= L@:H9<@ @?BH?@ 9;;<H?B JCJU M@R HJ @JMDT<HJ:@E D?E 9;RQKM@E H? ()*+),-./(0+/12 H? M:HJ QDQ@A # /M HJ A@<DM@E M; M:A@@ 9DJ@J H?9<EU H?B JMDAMH?B， D99@<@ADMH?B， E@9@<@ADMH?B # )<< ;TMDH?@E A@JK<MJ DA@ 9;RQDA@E GHM: @VQ@AHR@?MD< EDMD，G:H9: J:;GJ M:DM M:@ A@<DMHL@ @AA;A 9D? T@ 9;AA@<DM@E GHM:H? # /M HJ 9;?=HAR@E M:DM M:@ R@M:;E ;= RDM:@RDMH9D< R;E@< HJ 9;AA@9M<C # >/, :(0?6： W@:H9<@ X;;<H?B .CJM@R； PC?DRH9 F@A=;ARD?9@； .HRK<DMH;?
商用车冷却系统的仿真分析与优化
汽车技术 | Auto Technology2022年 第 1-2 期 / 微信号 auto195056商用车冷却系统的仿真分析与优化贺海东，赵敏，孙秀芳，孟凡华，李廷斌山东五征集团有限公司 山东日照 262300摘要：某商用车在方案布置阶段，经仿真计算发动机出水温度超标，冷却性能不足，于是对发动机舱进行流场仿真分析，确定发动机舱流场布置不合理是导致水温高的主要原因。
通过优化防回流挡板、增加导流板、优化护风罩的改进措施提升冷却性能，样车经热平衡试验验证，优化后发动机出水温度降低约8℃，优化方案效果明显。
关键词：商用车；冷却系统；仿真分析；热平衡试验商用车主要用于运输货物，大多数搭载柴油发动机。
柴油发动机输出的转矩较大，具有承载质量大、爬坡性能好的优势。
冷却系统对发动机具有非常关键的作用。
近年来，发动机的功率逐渐增大，受降本减重的影响，发动机舱内的空间反而日益趋向紧凑，因此整车对于冷却系统的性能要求越来越高[1]，如果发动机舱内气流流向不合理，冷却能力便会下降，严重时发生散热器“开锅”问题。
在空间受限的条件下开发一款高效节能的冷却系统设计难度越来越大[2]。
冷却系统原方案发动机出水温度超标，使用CFD 软件对发动机舱冷却系统流场进行模拟仿真，通过仿真分析找出问题产生的原因，对冷却系统方案进行优化，实施整改措施进行样车实验验证。
问题描述某款商用车依据目前的设计经验及理论计算，进行冷却系统方案的初步设计。
原方案使用一维仿真软件进行模拟分析，设置两种仿真工况：一种工况是样车的最大功率点，发动机转速为1900r/min ；另一种工况是样车的最大转矩点，发动机转速为2600r/min ；行驶车速为20km/h ，环境压力为0.1MPa ，环境温度均为35℃。
一维仿真计算结果表明，最大功率点发动机出水温度108.9℃，设计目标要求为105℃；最大转矩点发动机出水温度112.9℃，设计目标要求为108℃，仿真结果超过设计目标要求。
发动机冷却系统仿真计算分析
14310.16638/ki.1671-7988.2020.16.047发动机冷却系统仿真计算分析赵宏霞，张华磊，任小龙，屈光洪（北京电子科技职业学院 汽车工程学院，北京 100176）摘 要：文章针对某型号国V 柴油机，应用Flowmaster 软件建立发动机一维冷却系统模型，输入各元件流阻特性等边界条件，完成发动机冷却系统不同工况下的系统稳态模拟计算，得到系统和各元件的流量、压力分布和温升等情况，并对冷却系统工作能力进行预测、评价，根据计算分析结果提出改善建议，指导冷却系统的结构设计及试验，大大缩短研发时间，降低研发成本。
关键词：冷却系统；流阻特性；稳态；仿真分析中图分类号：U464.138 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)16-143-03Engine Cooling System Simulation AnalysisZhao Hongxia, Zhang Hualei, Ren Xiaolong, Qu Guanghong( Beijing Polytechnic, Automotive engineering institute, Beijing 100176 )Abstract: The Article Based on a type of V diesel engine, apply Flowmaster to built 1D model of the cooling system, input each element ’s boundary conditions such as flow resistance characteristics, to complete steady-state simulation of engine cooling system under different working conditions, get the distribution of flow rate, pressure and temperature etc., to forecast and evaluation the working ability of the cooling system, provide improvement suggestions according to the result of calculation and analysis, and to guide the structure of the cooling system design and experiment, shorten the development time, reduce research costs.Keywords: Cooling system; Resistance characteristics; Steady-state; Simulation CLC NO.: U464.138 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)16-143-03引言冷却系统作用是在所有工况下，保证发动机在最适宜的温度下工作，冷却系统匹配是否合适将直接影响到发动机的使用寿命和燃油经济性。
基于AMESim发动机冷却系统数值模拟参数匹配仿真分析
图1 发动机冷却系统仿真模型
所示。
式中：A为燃料传递给冷却系统热量占燃料热能的百分比，汽
图2 工况1冷却液温度变化情况
图3 工况2冷却液温度变化情况
图4 工况3冷却液温度变化情况
34
3540
0.10.1
012
4 数值模拟与参数匹配
针对在极端工况下出现了“开锅”现象，通过建立的仿真模型进行三维模拟仿真，三维模型里包含了中冷器、散热器和电子扇。
根据该车型中冷器、散热器和电子扇尺寸大小与它们之间的距离关系，建立的三维模型如图6所示。
图5 工况4冷却液温度变化情况如图7所示是重新匹配零部件参数后工况4的仿真分析结果。
由图可知，在苛刻工况下，发动机的出口温度稳定在大102℃，满足本文研究车型要求发动机出口冷却液温度低于105℃的温度设计，能够满足该工况的冷却要求。
通过对其余工况进行仿真分析，发动机亦能在其他工况处于较佳的工作温度。
图7 重新匹配参数后，工况4冷却液温度变化情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２ ８・
内燃机
２ ０ １ ５年 ２月
表 １ 测量参数
， 一 －
／
ｒ
＋
—
测量值
／。
ｌ ０ ０ ｏ ２０ ｏ ｏ ３ ０ ０ ｏ
．
● 一 计 算 值
５ ０ ０ ｏ
４Ｏ ０ ０
发动机转速／ （ ｒ ・ ｍ ｉ ｎ － ）
图 ５散热器 流量 曲线
【 参考文献】 【 １ 】 周龙保 ． 内燃机学［ Ｍ ］ ． 北京： 机械工业出版社， １ ９ ９ ８ ． 【 ２ 】 陈家瑞 ． 汽车构造［ Ｍ ］ ． 北京： 机械工业出版社， ２ ０ ０ ５ ．
【 ３ 】 张素 宁， 杨 润生， 邵 天章． 内燃机冷却 系统 仿真［ Ｊ ］ ． 移 动
二
１ ０ ０ ０ ２０ ０ ０
＿ －＿
一
３ ０ ０ ０
４０ ０ ０
５０ ｏ ０
发动机转速／ （ ｒ・ ｍｉ ｎ ）
图 ６主要零部件压力损失
３ 结 论
我们 分别通 过仿真 与实验 的方法 分析 了发动 机 冷 却 系统 ，通 过将 计 算 结 果 与 实 验 结 果 对 比发
现 ，最 大误差控制在 ５ ％ 以内。可 以认为计算结 果较好地 反映了冷却 系统 的真实情况 ，达到 了较 高 的计算精度 ，证明用数值模拟 的方法计算冷却 系统具有正 确性 与可靠性 ，其结果可用 于指导冷 却 系统 的设计 和优化过程 。因而在未来 的工作 中
可 以通过 使用仿真计 算来代替部分实验工作 ，这 对 于 降 低 成 本 ，缩 短 研 发 周 期 ，提 高 开 发 效 率 具 有 重 要 的意 义 。
争一水套计算值 ＋ 一 水套试验值 ●一 散热器计算值
— ・
—
一
—
一
散 热 器 试 验 值
， 夕
一 Ｉ 眦． １ ） ／ 蛐蜷稚雅衽
表 ２ 计算结果与实验结果的对照
Ｂ ｄ 麦
’
／
— 一 ，● －
水套 散热器 节温器 散热器流量 水泵流量 水泵扬程
日 ， ｋ Ｐ ａ ＆ Ｐ ａ ／ ｋ Ｐ ａ ／ （ Ｌ・ ｍ ｉ ｎ ）／ （ Ｌ・ ａ ｒ ｉ ｎ ） ／ ｌ ｃ Ｐ ａ
电源与车辆， ２ ０ ０ ８ ， （ ２ ） ．
【 ４ ］ 李爱 娟． 柴油机 Ｅ Ｇ Ｒ电控冷 却系统 试验研究 ［ Ｊ ］ ． 内燃
机学报 ， ２ ０ ０ ９ ， （ １