发动机热平衡仿真研究现状与发展趋势
柴油机热平衡研究现状及分析
• 32 •内燃机与配件柴油机热平衡研究现状及分析Present Situation and Analysis of Diesel Engine Thermal Balance陈陆洋®;梁志峰®;周广猛于;刘瑞林于(①陆军军事交通学院研究生管理大队;②陆军军事交通学院军用车辆系）摘要：发动机热平衡是指燃烧产生的热量分布到发动机各个系统和部分，并使得各部件温度趋于稳定的平衡状态，进行柴油机热平衡研究可以分析在不同工况下燃油燃烧释放出的总热量在柴油机中的分配情况，从系统集成角度来统筹分析柴油机中的能量转 换与流动传热过程，本文对发动机热平衡研究内容及发展趋势进行了简要介绍和分析。
Abstract : The ther^nal balance of the engine is the distribution of the heat generated by the combustion to the various systems andparts of the engine and the equilibrium temperature of the components tends to be stable . The study of the ther^nal equilibrium of the diesel engine can analyze the total heat released by the combustion of the fuel in different conditions . The paper analyzes the energy conversion and flow heat transfer process in the diesel engine from the point of view of system integration . In this paper , the research content and development trend of the engine thermal balance are briefly introduced and analyzed .关键词：发动机;热平衡;传热；热流量Abstract : engine ； heat balance ； heat transfer ； heat flow〇引言提高发动机的热效率是设计发动机的追求目标之一， 发动机在工作时有自己的最佳工作区间，若发动机工作温 度过高，会导致发动机热负荷增加，若工作温度过低，会使 得热效率下降。
柴油机高原热平衡控制技术浅析
柴油机高原热平衡控制技术浅析邮编265200一、柴油机高原热平衡问题热平衡性能对柴油机的动力性、经济性、排放性能、可靠性及耐久性等有很大影响。
柴油机高原热平衡问题是影响柴油机高原性能发挥的重要制约因素之一。
在高原地区，由于柴油机热负荷增大以及冷却系统散热性能明显降低，使得在平原地区运行良好的柴油机，在高原地区使用时出现了一系列热平衡问题。
例如，柴油机的排温升高，冷却液和润滑油温度偏高。
出现这些问题的根本原因是设计冷却系统时未充分考虑高原环境对柴油机热平衡性能的影响，导致冷却系统的高原环境适应性差，柴油机的热平衡性能不能满足高原地区的使用要求。
二、柴油机高原热平衡研究现状目前，我国柴油机冷却系统普遍采用蜡式节温器、机械驱动冷却水泵和冷却风扇。
传统的冷却系统适应环境和工况变化能力较差，无法按柴油机的冷却需求调节冷却介质的流速和流量，很难保证柴油机在高原环境条件和全部工况范围内的最佳冷却性能，难以使柴油机在最佳的温度下工作，实现柴油机冷却水温的精确控制。
2000年以来，国内主流发动机企业及相关科研机构针对发动机高原热负荷大、水箱易“开锅”等问题，开展了降低发动机热负荷、强化冷却系统散热能力以及冷却系统控制技术等研究。
（一）发动机热负荷控制采用中冷技术可以降低增压发动机的热负荷，通过大幅度降低进入气缸的空气温度，从而降低柴油机涡轮前后排温。
上海柴油机股份有限公司对G6135ZG和D6114Z高原增压柴油机在海拔5800m进行高原实地台架试验时，加装中冷器后，额定工况和最大转矩工况下涡轮前排气温度下降40℃~60℃，其他性能亦有较大改善。
（二）强化冷却系统散热能力强化冷却系统散热能力的主要措施有：加大水泵和风扇的流量、增大散热器和水箱的散热面积、采用封闭加压冷却系统等。
徐州装载机厂在ZL50GH高原型装载机上采用全密闭加压水冷散热器，加大散热面积，确保了整机在高原地区的热平衡要求。
（三）冷却系统控制技术近几年随着电控技术的发展，国内外高校和汽车企业对发动机冷却系统智能控制技术进行了大量研究。
航空发动机转子动态平衡的仿真分析研究
航空发动机转子动态平衡的仿真分析研究航空发动机是现代飞行器必不可少的核心装备，发动机转子是发动机内最为重要的零部件之一。
由于长时间的高速旋转，转子的平衡状态一旦出现失调，就会对飞行器带来严重的安全隐患。
因此，保证发动机转子的平衡性能，是发动机研制和运行中必须重视的问题。
本文将通过仿真分析的方式，研究航空发动机转子动态平衡的相关问题。
1. 转子动态平衡的基本原理转子动态平衡是指在转子运转过程中，通过调整转子各部位的平衡质量，使转子保持稳定的旋转状态。
转子动态平衡的本质是控制旋转质量力矩和旋转惯量力矩之间的平衡关系，以达到使旋转中心与重心重合的目标。
转子动态平衡主要有两种方法：质量均衡法和振动分析法。
质量均衡法是通过添加或移除质量，来调整转子的质量分布情况，以达到平衡的目的。
具体来说，就是在转子上加装或减去适量的平衡质量，使得重心位置与转子轴心重合。
振动分析法是基于振动传感器的振动测量，利用模拟或数字信号处理技术，获得转子在运行过程中出现的不平衡情况，从而进行调整。
这种方法的优点是测量精度高、适用范围广，但需要较高的成本和技术支持。
2. 转子动态平衡的仿真模型建立为了进一步研究转子动态平衡的问题，需要建立转子动态平衡仿真模型。
在建立模型之前，需要考虑以下因素：(1) 转子的基本参数：转子的长度、直径、转速、材质等。
(2) 质量分布情况：转子上各部位质量分布情况。
(3) 平衡模式：通过质量均衡法或振动分析法进行平衡。
基于以上因素，可以建立转子动态平衡仿真模型。
通过有限元分析或者其他仿真软件进行仿真，获得转子在运行过程中的振动情况和旋转平衡状况。
3. 仿真分析与实验对比在得到转子动态平衡仿真模型后，需要进行仿真分析。
通过模拟转子在运行过程中的振动情况，得到转子在不同平衡条件下的振动幅值和相位差。
通过对比不同平衡条件下的振动数据，可以得到哪种平衡方式更为优越。
同时，在进行仿真分析的同时，也需要进行实验对比。
飞机发动机能源与热管理研究现状
飞机发动机能源与热管理研究现状以飞机发动机能源与热管理研究现状为题，本文将介绍当前飞机发动机能源和热管理研究的最新进展和挑战。
目前，随着航空业的快速发展和对环境保护的要求日益增加，飞机发动机能源和热管理成为了研究的热点领域。
本文将首先介绍飞机发动机能源的研究现状，然后探讨飞机发动机热管理的挑战和解决方案。
一、飞机发动机能源研究现状飞机发动机能源是指提供飞机动力的能源，目前主要以石油为燃料。
然而，石油资源有限，且燃烧石油会产生大量的二氧化碳排放，对环境造成严重影响。
因此，研究人员正在寻找替代燃料来减少对环境的影响。
1.1 生物燃料生物燃料是一种可再生能源，可通过生物质（如植物）转化而来。
生物燃料不仅可以减少二氧化碳排放，还能降低对石油的依赖。
目前，生物燃料已经在一些商用航班中开始使用，并取得了一定的成功。
然而，生物燃料的生产成本较高，且存在与粮食产量竞争的问题。
1.2 氢燃料氢燃料是一种零排放的能源，可通过水电解产生。
氢燃料在航空领域具有广阔的应用前景，但也面临着储存和运输的挑战。
目前，研究人员正在寻找高效的氢燃料储存和输送技术，以推动氢燃料在飞机发动机中的应用。
1.3 电动发动机电动发动机是另一种可替代燃油的技术。
电动飞机的研究已经取得了一定的进展，但目前电池技术的能量密度和充电时间仍然是制约电动飞机发展的主要因素。
因此，研究人员正在致力于改进电池技术，以提高电动飞机的续航能力和使用效率。
二、飞机发动机热管理的挑战和解决方案飞机发动机热管理是指对发动机产生的热量进行控制和管理，以保证发动机的正常运行。
由于飞机发动机在高温高压环境下工作，热管理成为了一个关键的技术挑战。
2.1 热防护材料热防护材料是保护发动机不受高温热量影响的关键技术。
目前，研究人员正在开发高温合金、陶瓷涂层和复合材料等新型热防护材料，以提高发动机的耐热性能。
2.2 冷却系统冷却系统是发动机热管理的重要组成部分。
目前，常用的冷却系统包括传统的液体冷却和新兴的气体冷却技术。
商用车发动机热平衡试验研究与分析
商用车发动机热平衡试验研究与分析作者：暂无来源：《专用汽车》 2015年第11期郭威田业光朱向洪湖北三环专用汽车有限公司湖北十堰442000摘要：通过对商用车进行发动机热平衡试验，阐述了冷却系统对于水温及发动机性能的影响。
分析了发动机与整车匹配的重要因素及影响原因，对冷却系统优化的测试数据为日后设计工作具有一定的借鉴意义。
关键词：商用车发动机热平衡冷却系统中图分类号：G232: TH242 文献标识码：B文章编号：1004-0226(2015)11-0106-04第一作者：郭威，男，1987年生，助理工程师，现从事商用车产品试验与技术研发。
在目前的汽车技术背景下，节能的技术手段越来越多，运用在发动机技术上主要有两个层面，一个是提高发动机的热效率；另一个是改善发动机排放。
发动机热平衡研究是发动机热效率研究的重要组成部分。
它是从系统集成的角度分析发动机中的能量转换与流动传热过程，使发动机的各个系统（如进排气系统、冷却系统、润滑系统）与发动机匹配最优化，最大程度地提高发动机的热效率。
研究发动机热平衡相对直接的方式就是通过热平衡试验以及相关的模拟计算。
1发动机热平衡试验方法发动机热平衡试验方法主要为两种：一种是台架试验，另一种是整车道路试验。
发动机台架试验边界条件相对较容易控制，试验操作也较为方便。
然而整车道路试验条件较为苛刻，车辆须满足发动机在最大扭矩或最大功率状态下上坡行驶。
一般采用拖车方式，前后车选择合适的变速器挡位控制样车一直能保持最大扭矩输出，要求速度控制在20 km/h以内，持续里程约5 km。
在这种工况下监测发动机冷却液温度、中冷后进气温度等参数变化趋于稳定后整车达到的热平衡状态。
发动机各系统传感器的测量点如图1所示。
发动机冷却系统水温对于发动机的性能产生重大影响。
发动机冷却系统水温过低，容易引起废气排放变差，零部件加剧磨损，输出功率减小，则会缩短发动机的使用寿命；然而水温过高同样能引起发动机的磨损，使可靠性能下降。
211089217_汽车发动机热平衡分析与优化
- 52 -工 业 技 术0 引言汽车发动机燃料燃烧产生的热转换是一种高效的能量，这些能量一部分被传递到发动机的冷却介质中，另一些则是通过废气中的热传递和抵消了摩擦力的损耗。
该文根据内燃机热能特性、不同损耗和不同的能量分布来研究燃料总热量的利用情况。
在整个车辆中，发动机的冷却和机油与周围温度之间的关系保持平稳的现象就是所谓的“汽车热平衡”。
为了保证汽车发动机的热平衡，一般期望有效功占据的比重较大，这样能改善发动机的热效率。
从汽车的角度来看，一般期望能够在最短时间内使发动机的冷却和润滑油与外界的温差保持在一个合适的温度区间内。
汽车热平衡是汽车热管理的重要内容，也是汽车重要的性能开发项目。
如果热量不均衡，会导致冷却水的温度不能保持在一个较高水平，则会引起发动机的热保护，造成发动机的热阻，或者即使冷却水的温度是稳定的，但发动机的冷却液没有处于良好的工作温度，则会造成发动机的油耗和排放率均较差[1]。
1 汽车热平衡问题的根源车辆发动机冷却液所承载的能源转换的简化图如图1所示。
发动机水箱的冷却液体会从发动机中吸取热量，并通过散热回到发动机。
在散热装置中，热的冷却液经过散热片和冷气流进入热量交换。
一方面，当冷却液从发动机中排出后，由于其所带的热能不足，无法迅速排出，因此其温度会不断升高，无法得到控制。
即使从发动机中排出的冷却水能够携带大量的热，但是在散热器中的热交换很差，导致冷却液被风吸走得更多，更多的热会回到发动机中，导致发动机的冷却温度不断上升。
总之，如果不能通过高效的冷却液体将发动机的热带走并将其充分输送至大气中，则会产生大量的冷却液体，进而导致车辆无法达到热平衡。
2 发动机热平衡试验方法 发动机的热平衡测试分为台架测试和整车道路测试2种。
在发动机台架上进行试验时，边界条件比较好控制，测试和运行更方便。
但整车道路测试对汽车的性能要求很高，必须保证发动机在最大转矩和最大功率的情况下进行。
通常使用牵引模式，在前后车辆之间选取适当的档位来控制样车始终保持最大的转矩，并要求车速不超过20km/h ，续航里程大约5km 。
发动机零部件热负荷仿真分析的开题报告
发动机零部件热负荷仿真分析的开题报告一、选题背景随着发动机性能不断提升，为了满足汽车运行要求，在发动机设计中使用了越来越多的新材料和新技术，同时发动机的工作条件也变得越来越苛刻。
在这种情况下，发动机零部件的热负荷分析显得越来越重要。
热负荷是指零部件所承受的热载荷，它包括热流、温度和热应力等参数。
在发动机设计中，合理的热负荷分析可以揭示零部件在不同工况下的热负荷承受能力，为改进设计提供依据。
因此，本文将以发动机零部件热负荷仿真分析为研究对象，探讨相关方法和技术，以期为发动机设计提供一定的参考依据。
二、研究目的本文的研究目的是：1. 探究发动机零部件热负荷的分析方法和技术；2. 利用仿真软件对典型发动机零部件的热负荷进行仿真分析；3. 分析仿真结果，评估零部件的热负荷承受能力；4. 对研究结果进行总结和归纳，提出相关改进意见。
三、研究内容本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. 发动机零部件热负荷的相关概念和研究现状；2. 发动机零部件热负荷仿真分析的方法和技术；3. 发动机零部件热负荷仿真分析的实验设计和实验结果分析；4. 对研究结果进行总结和归纳，提出相关改进意见。
四、研究方法本文的研究方法主要包括以下几个方面：1. 归纳分析发动机零部件热负荷的相关概念和研究现状；2. 研究发动机零部件热负荷仿真分析的方法和技术，包括建模、边界条件设定、求解和分析；3. 利用ANSYS Workbench等仿真软件对典型发动机零部件的热负荷进行仿真分析；4. 分析仿真结果，评估零部件的热负荷承受能力；5. 对研究结果进行总结和归纳，提出相关改进意见。
五、预期结果通过本文的研究，预期可以获得以下几个结果：1. 对发动机零部件热负荷的分析方法和技术有所了解；2. 可以用仿真软件对典型发动机零部件的热负荷进行仿真分析；3. 分析仿真结果，评估零部件的热负荷承受能力；4. 提出改进意见，为发动机设计提供一定的参考依据。
柴油机热平衡数值仿真与试验研究的开题报告
柴油机热平衡数值仿真与试验研究的开题报告
1.研究背景和意义
柴油机是一种重要的内燃机，应用广泛。
然而，其燃烧过程存在很多不确定因素，使得柴油机效率低下，污染排放高。
为了提高柴油机效率，降低污染排放，热平衡数值仿真技术成为了解决该问题的一种有效方法。
通过热平衡数值仿真，可以研究柴油机各个部件之间的热传递和能量
转化情况，进而优化其结构和工况参数。
同时，热平衡数值仿真还可以用于预测柴油
机的性能和寿命，提高柴油机的可靠性和安全性。
因此，对柴油机热平衡数值仿真技术的研究和应用具有重要意义。
2.研究内容和方法
本文主要研究柴油机热平衡数值仿真和试验研究，并结合实际应用情况开展相关研究。
具体研究内容包括：
（1）建立柴油机的热平衡数值仿真模型，深入分析柴油机各个部件之间的热传
递和能量转化情况。
（2）设计柴油机试验台并开展试验。
利用试验所得数据验证数值仿真模型的准
确性和可靠性。
（3）通过对热平衡数值仿真模型和试验数据的深入分析，确定优化柴油机结构
和工况参数的方向和途径，提高柴油机效率和降低污染排放。
本文采用数值仿真和试验相结合的方法进行研究和分析。
3.预期研究结果和意义
本文预期通过研究柴油机热平衡数值仿真和试验，得出柴油机各个部件之间的热传递和能量转化情况，并确定最优化的结构和工况参数，提高柴油机的效率和降低污
染排放。
同时，本文还将对柴油机试验台的设计和试验方法进行总结和归纳，为柴油机试验研究提供参考和借鉴。
本文的研究成果将对柴油机领域的科学研究和实际应用具有重要的推动和促进作用。
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收稿日期:2005206221;修回日期:2005208216作者简介:俞小莉(1963—),女,浙江省永康市人,教授,博士生导师,主要从事车辆测试技术和车辆传热与流动研究.・综合评述・发动机热平衡仿真研究现状与发展趋势俞小莉,李 婷(浙江大学机能学院,浙江杭州 310027) 摘要:从发动机热平衡的研究方法、零部件仿真研究现状和整机热平衡仿真研究现状等方面,对国内外有关发动机热平衡研究方法的进展进行较全面的介绍,并指出建立发动机整机热平衡诊断及自动控制系统是今后此课题的研究重点和发展方向。
关键词:汽车发动机;热平衡;仿真中图分类号:T K401 文献标识码:A 文章编号:100122222(2005)0520001205 汽车发动机热平衡研究是发动机热管理技术研究的重要组成部分。
热管理技术从系统整体和集成的角度,通过研究发动机的能量转换、流动与传热等过程以及发动机各子系统之间的内在联系,使各子系统与发动机匹配最优化。
发动机热平衡研究必须同时考虑发动机结构、进排气系统、冷却系统和润滑系统的相互影响,是一项十分复杂的系统工程,仿真已成为一种非常有效并具有潜力的手段。
目前,对发动机整机热平衡的仿真研究尚不完善,为了从系统的高度介绍发动机热平衡仿真研究在国内外的发展现状,提高国内对发动机热平衡仿真计算的重要性的认识,本文从发动机热平衡研究方法、发动机零部件仿真研究发展现状、发动机整机仿真研究发展现状等方面对国内外有关发动机热平衡的研究进行较全面的介绍。
1 发动机热平衡的研究方法燃料燃烧产生的热量(Q f )一般分为以下几个部分:转化为发动机的有效功(P e ),排气带走的热量(Q ex ),传入冷却介质的热量(Q w ),机油带走的热量(Q oil )和其他热量损失(Q u )。
由此可以得到发动机的热平衡方程为 Q f =P e +Q ex +Q w +Q oil +Q u 。
(1) 在试验研究中,通过测量燃油消耗可计算出Q f ;测功机可测得P e ;通过测量进排气流量和温度可以计算出Q ex ;通过测量冷却水进出口温度和流量可以计算出Q w ;通过测量机油进出口温度和流量可以计算出Q oil 。
余项损失难以测量,由式(2)计算, Q u =Q f -(P e +Q ex +Q w +Q oil )。
(2) 传统的发动机热平衡研究以试验为基础,即通过测量上述各部分的散热量,做出发动机的热平衡图,找出提高发动机性能的研究方向(见图1)。
图1 发动机热平衡试验研究示意 基于试验的热平衡计算是在生产后进行的,对提高生产效率和降低成本来说是不利的。
更重要的是试验方法十分依赖仪器的精度,为保证数据的准确,对传感器等测试设备要求很高。
如果测量精度不够,将有过多的热量被归入余项损失中,而无法明确其去向,这就使发动机热平衡研究失去了意义。
甚至某些参数测量由于受到仪器限制尚难以实现,如排气温度高达500℃～600℃,而目前尚未有合适的耐高温流量计可供选用,所以排气流量测量较难实现。
此外,通过试验研究发动机全部工况的热平衡状况工作量过大,成本过高,且不能测量过渡工况,存在一定局限性。
随着计算机技术的飞速发展,对发动机热平衡的仿真计算研究越来越多。
热平衡仿真计算是用数学模型计算上述各个部分的热量,第5期(总第159期)2005年10月车 用 发 动 机V EHICL E EN GIN E No.5(Serial No.159)Oct.2005从而描述发动机热量的分配状况。
理想的仿真计算是在已知发动机结构参数的前提下,用数学模型把发动机的整个状态(如缸内气体的流动、燃烧、零部件之间的传热及温度场等)描述出来,即建立一台虚拟的发动机,这也是仿真计算研究的最终目标。
与试验方法相比,热平衡仿真研究具有以下显著特点:a )可预先研究 可在系统开发中得到最佳的系统集成匹配,在设计初期阶段对发动机性能进行预测、分析和优化;b )无条件限制 可在广泛的气候条件和发动机工况范围内对其性能进行研究;c )信息丰富 可广泛设定条件,对发动机在各个工况下的系统性能进行模拟,获得比试验更加丰富的数据;d )成本低,周期短 试验热平衡研究相关实验设备投资大,试验周期长;仿真则成本低,周期短。
2 发动机热平衡仿真相关研究现状热平衡仿真研究的目的是通过计算得到发动机工作过程中热量的传递情况,求出Q f 中分别转化为P e ,Q ex ,Q w 和Q oil ,其研究的相关内容如图2所示。
图2 发动机热平衡仿真研究相关内容及其关系 从仿真模拟技术出现至今,这一方面的研究方兴未艾;发动机的数学模型也是从无到有,从粗糙到精细,从局部到整体,出现了多种多样的模型。
2.1 零部件仿真模型由于整机热平衡研究存在着不确定参数多和建模复杂等诸多难点,针对发动机热平衡仿真,研究人员较多地对各部分零部件的热行为进行了较为详细的研究。
2.1.1 工作过程的仿真计算发动机工作过程仿真从物理化学模型出发,用微分方程对有关工作过程进行数学描述,通过数值计算方法求得热平衡研究中所需要的P e 和Q ex 。
这方面的研究已经取得了很多成果,研究人员针对缸内燃烧过程先后建立了热力学(0维)模型、燃烧现象(一维)模型以及详细的多维模型。
在燃烧模型计算的基础上可对发动机有效功、进排气流量及传热量进行计算。
0维模型假定气缸内工质均匀分布,可预测放热率,了解燃烧室内宏观参数随时间的变化,如林慰梓的三角形法、Whitehouse 的单区模型等。
时至今日,0维模型已经被广泛应用于发动机的设计和研究中,许多厂家也开发出了各种计算分析设备,如AVL 公司的燃烧分析仪等。
一维模型在热力学基础上考虑喷雾及火焰传播等物理过程的长度尺寸,可预测缸内不同区域的燃烧温度等主要性能参数,并可预测排放。
目前,国外已经提出了很多一维模型,以广安模型为主的喷注雾化模型,以Cummins 模型为代表的气态射流模型,以池上模型为主的概率过程模型。
国内,浙江大学、天津大学、上海交通大学和西安交通大学等都较早的进行了相关研究,提出了各具特色的一维燃烧模型。
对多维模型的研究,美国Los Alamos 国家实验室和英国帝国理工学院的工作处于领先地位。
美国Lo s Alamos 国家实验室的KIVA 系列软件经过逐步完善已比较成熟。
英国帝国理工学院在RPM 程序的基础上建立了缸内工作过程较为全面的模型。
国内的研究者在消化和吸收国外先进程序的基础上,开发出许多发动机工作过程数值模拟程序,如北京理工大学开发的三维内燃机工作过程通用模拟程序RES3C —Ⅱ;同济大学和江苏理工大学开发的涡流室式柴油机工作过程三维模拟程序Engine —Ⅱ等。
2.1.2 缸内部件的传热仿真缸内部件的传热仿真,首先是工质与燃烧室的对流和辐射传热计算。
浙江大学较早地开展了相关的研究,描述了缸内燃气与燃烧室部件之间热量的传递情况[123]。
作为缸内传热研究的另一部分,研究人员对燃烧室部件(包括活塞、气缸套和气缸盖等)的导热传热模拟进行了大量研究工作。
1991年,费少梅和严兆大等对高速风冷柴油机活塞的热负荷问题进行了研究;2001年,薛明德等应用MARC 有限元分析软件,采用三维有限元法计算大功率柴油机活塞在热载荷作用下的温度场和换热情况。
气缸套研究方面,早在1985年,俞小莉就对气缸体内表面稳态传热的边界条件进行了研究,并得到计算经验公式;1996年,杜建红等讨论了关于气缸套瞬态温度场两维有限元模型的建立及对应边界条件的求取方法,・2・ 车 用 发 动 机 2005年第5期为气缸套温度场的有限元分析提供了简捷有效的途径。
此外,研究者对气缸盖的传热也进行了模拟计算,1994年,严兆大和俞小莉提出了一种计算小型高速风冷柴油机气缸盖换热边界条件的方法,在设计阶段就能对气缸盖温度分布和热流状况进行预算[4];1999年,杜建红等分析了气缸盖不稳定工况的热负荷及测点在起动和突然加载工况的温度变化规律,进而得出边界条件的变化规律。
综上所述,研究人员对发动机缸内部件的传热以及热负荷已经进行了大量的研究,在以上研究的基础上建立整机仿真系统中的缸内部件子模块,计算出缸内部件的传热已经有了很多可以借鉴的方法,是可以实现的。
同时,这一模块的计算结果将为冷却系统子模块的计算提供边界条件。
2.1.3 发动机冷却系统的仿真冷却系统的仿真需要仿真冷却液的流动与传热过程,研究冷却液的流速、温度和热流密度。
这项工作国外进展得比较快,1997年,Siders等提出了车辆冷却系统仿真的集总参数法,研究了1.8L内燃机冷却系的动力学性能[5];1999年,Ngy Srun A P 等提出了一个简单的发动机冷却系统仿真模型,该模型允许单独研究每个部件和车辆参数对发动机冷却性能的影响[6];2004年,赵以贤和毕小平等提出了车用内燃机冷却系的流动与传热仿真方法,针对车用内燃机某些部件不能直接应用集总参数法研究传热的问题,根据集总参数法的限制条件提出了将集总参数法用于内燃机所有部件研究传热问题的方法;将车用内燃机的流动问题与传热问题耦合起来作为一个系统,建立了车用内燃机的流动与传热问题的综合模型[728]。
以上研究表明,对发动机整机进行仿真时,冷却系统子模块的流动以及传热计算已经可以实现。
其中冷却液流经发动机燃烧室部件时,与其发生的热交换可利用缸内部件子模块的结果作为边界条件进行计算,得到发动机热平衡概念中的Q w。
2.1.4 润滑系的仿真汽车发动机润滑系统的流动与传热仿真研究开始于20世纪90年代初期,但发展得相对较慢。
1997年,Mian等对发动机润滑系统的设计进行了研究,给出了轴承间隙内的流动模型[9];2001年, Zoz等研制了发动机润滑系统流动与传热模型,给出了预测油箱温度的模型[10];2003年,Arisawa等采用CFD方法模拟摩托车发动机油底壳内机油的流动[11]。
由于机油流动状态与流道壁面温度和本身温度有关,而机油温度不仅涉及到传热,还涉及到摩擦生热,所以在发动机整机仿真时,润滑系统子模块与缸内部件子模块是耦合在一起的。
润滑系统仿真研究的发展目前还不成熟,在很多计算中,机油的摩擦产热被忽略,国内也很少有关于循环油路准确模拟的研究,但对润滑油进行CFD模拟,并且将机油模块与燃烧室部件传热模块、冷却液模块结合在一起研究是润滑系统研究发展的必然趋势。
通过这方面研究的逐步深入,发动机整机仿真计算中的Q oil计算就可以实现了。
总之,无论是缸内部件,还是冷却系、润滑系的局部仿真模拟都为发动机整机仿真研究的开展奠定了必要的基础,为整机模拟中各个传热子模块的建立提供了方法,使发动机热平衡仿真的整机计算成为可能。
2.2 整机仿真零部件仿真研究是把发动机各个部分孤立出来进行计算,在计算其传热时未考虑相关部件流动和传热的耦合,比如在计算活塞的温度分布时,并没有考虑气缸壁和机油膜与活塞之间的热作用,这样的计算实际是不准确的。