一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法技术

本发明专利技术涉及发动机设计技术领域，具体公开了一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，其包括基于柴油机冷却水套的三维模型，对其进行流体动力学计算并对计算结果分析，以判断气缸体冷却水套、气缸盖冷却水套和气缸垫冷却水套的设计方案是否可行；若上述任一个设计方案不可行，则对的柴油机冷却水套的三维模型进行调整后重复执行对柴油机冷却水套进行流体动力学计算，并直至任一个设计方案均可行。可对柴油机冷却水套进行结构设计分析、评价并及时优化，同时考虑到冷却水套结构的气缸体、气缸盖和气缸垫的设计风险，避免设计缺陷，预估开发风险，提高分析验证的效率与准确性，能够缩短开发周期，降低开发成本，避免台架尾气排放。台架尾气排放。台架尾气排放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法


[0001]本专利技术涉及发动机设计
，尤其涉及一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法。

技术介绍

[0002]柴油机冷却水套由气缸体水套、气缸盖水套和气缸垫冷却水套组成，主要作用是将燃料燃烧时产生的热量，通过气缸体与气缸盖壁面，转移到冷却液，以防柴油机相关零部件高温损坏。
[0003]冷却水套是柴油机进行热交换的直接媒介，对各零部件的热负荷分布影响很大。柴油机不合理的热负荷分布会导致缸盖、活塞、缸体等重要部件发生非正常的热变形，从而缩短其工作寿命，甚至引发工作事故。所以，柴油机冷却水套的设计要同时保证其具备较高的冷却性能和流通性能，这对柴油机冷却水套的设计提出了很高的要求。
[0004]在柴油机冷却水套的设计过程中，目前一般采用传统经验公式判断和与国外机型类比的方法，而设计的分析、验证和优化工作必须要等实物样机完成后才能在柴油机试验台架上开展，此时如果发现设计存在不合理的情况，很多修改都不易实现，增大了优化设计的难度。因此在试制实物样机之前，对柴油机冷却水套进行合理的设计分析并及时优化非常重要。
[0005]现有技术对于柴油机冷却水套设计的分析、验证和优化工作，通常要等实物样机完成后，才能在柴油机试验台架上开展。现有技术主要存在以下缺点：
[0006]1)如果在柴油机试验台架上发现冷却水套设计存在不合理的情况，很多修改都不易实现，增大了优化设计的难度。
[0007]2)在柴油机试验台架上开展分析验证，耗时长，占用人员和台架资源多，成本过高，而且台架试验会排放大量柴油机尾气，不环保。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：提供一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，能够有效避免设计缺陷，充分预估开发风险，提高分析验证的效率与准确性，并且能够缩短开发周期，降低开发成本，避免台架尾气排放，掌握冷却水套设计的核心技术。
[0009]本专利技术提供一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，柴油机冷却水套包括气缸体冷却水套、气缸盖冷却水套、以及位于气缸体冷却水套和气缸盖冷却水套之间的气缸垫冷却水套，该基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法包括：
[0010]S10：提供柴油机冷却水套的三维模型；
[0011]S20：基于柴油机冷却水套的三维模型，对柴油机冷却水套进行流体动力学计算；
[0012]S30：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸体冷却水套的设计方案是否可行；
[0013]S40：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸盖冷却水套的设计方案是
否可行；
[0014]S50：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸垫冷却水套的水孔的设计方案是否可行；
[0015]若S20
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S50中的任一个设计方案不可行，则调整柴油机冷却水套的三维模型，然后重复执行S20，并直至S20
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S50中的任一个设计方案均可行。
[0016]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，S20包括：
[0017]S201：基于柴油机冷却水套的三维模型，进行流体动力学计算前处理，采用CAE网格划分工具对整个柴油机冷却水套区域进行网格划分，划分出气缸体冷却水套、气缸盖冷却水套、以及气缸垫冷却水套的区域；
[0018]S202：进行流体动力学计算求解器的设置，包括柴油机冷却水套入口的冷却液质量流量、柴油机冷却水套出口的静压力、柴油机冷却水套各部位表面温度、冷却液的物理性质及初始温度；
[0019]S203：进行流体动力学仿真计算，当计算收敛后，停止计算；
[0020]S204：提取流体动力学计算结果，流体动力学计算结果包括柴油机冷却水套各处的冷却液流速及对流换热系数。
[0021]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，S30中判断气缸体冷却水套的设计方案是否可行包括：
[0022]判断气缸体水套上部区域的冷却液流速和第一预设流速的大小；
[0023]判断气缸体水套上部区域的对流换热系数和第一预设系数的大小；
[0024]若气缸体水套上部区域的冷却液流速大于所述第一预设流速且气缸体水套上部区域的对流换热系数大于所述第一预设系数，则判定气缸体冷却水套的设计方案可行；若气缸体水套上部区域的冷却液流速不大于所述第一预设流速和/或气缸体水套上部区域的对流换热系数不大于所述第一预设系数，则定气缸体冷却水套的设计方案不可行。
[0025]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，所述第一预设流速为0.5m/s；所述第一预设系数为5700W/m2*K。
[0026]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，S40中判断气缸盖冷却水套的设计方案是否可行包括：
[0027]判断气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间区域的冷却液流速与第二预设流速的大小；
[0028]判断气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间区域的对流换热系数与第二预设系数的大小；
[0029]若气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间区域的冷却液流速均大于所述第二预设流速，且气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间区域的对流换热系数均大于所述第二预设系数，则判定气缸盖冷却水套的设计方案可行；
[0030]若气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间任一区域的冷却液流速不大于所述第二预设流速，和/或气缸盖水套的相邻气门之间，以及气门与喷油器之间任一区域的对流换热系数不大于所述第二预设系数，则判定气缸盖冷却水套的设计方案不可行。
[0031]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，所述第
二预设流速为2m/s；所述第二预设系数为14000W/m2*K。
[0032]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，气缸垫冷却水套具有多个水孔，S50中判断气缸垫冷却水套的水孔的设计方案是否可行包括：
[0033]判断任意的两个水孔单位时间内的冷却液流量的差值是否小于预设流量；
[0034]若任意的两个水孔单位时间内的冷却液流量的差值均小于预设流量，则判定气缸垫冷却水套的水孔的设计方案可行，若多个水孔中的其中两个水孔单位时间内的冷却液流量的差值不小于预设流量，则判定气缸垫冷却水套的水孔的设计方案不可行。
[0035]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，进行柴油机冷却水套设计分析的CAE软件为FIRE。
[0036]作为基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法的优选技术方案，进行柴油机冷却水套设计分析的CAE软件为Fluent、CFX、STAR
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CD和STAR
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CC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，柴油机冷却水套包括气缸体冷却水套(1)、气缸盖冷却水套(2)、以及位于气缸体冷却水套(1)和气缸盖冷却水套(2)之间的气缸垫冷却水套(3)，其特征在于，基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法包括：S10：提供柴油机冷却水套的三维模型；S20：基于柴油机冷却水套的三维模型，对柴油机冷却水套进行流体动力学计算；S30：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸体冷却水套(1)的设计方案是否可行；S40：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸盖冷却水套(2)的设计方案是否可行；S50：对得到的流体动力学计算结果进行分析，判断气缸垫冷却水套(3)的水孔的设计方案是否可行；若S20
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S50中的任一个设计方案不可行，则调整柴油机冷却水套的三维模型，然后重复执行S20，并直至S20
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S50中的任一个设计方案均可行。2.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，其特征在于，S20包括：S201：基于柴油机冷却水套的三维模型，进行流体动力学计算前处理，采用CAE网格划分工具对整个柴油机冷却水套区域进行网格划分，划分出气缸体冷却水套(1)、气缸盖冷却水套(2)、以及气缸垫冷却水套(3)的水孔的区域；S202：进行流体动力学计算求解器的设置，包括柴油机冷却水套入口的冷却液质量流量、柴油机冷却水套出口的静压力、柴油机冷却水套各部位表面温度、冷却液的物理性质及初始温度；S203：进行流体动力学仿真计算，当计算收敛后，停止计算；S204：提取流体动力学计算结果，流体动力学计算结果包括柴油机冷却水套各处的冷却液流速及对流换热系数。3.根据权利要求1所述的基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，其特征在于，S30中判断气缸体冷却水套(1)的设计方案是否可行包括：判断气缸体水套上部区域的冷却液流速和第一预设流速的大小；判断气缸体水套上部区域的对流换热系数和第一预设系数的大小；若气缸体水套上部区域的冷却液流速大于所述第一预设流速且气缸体水套上部区域的对流换热系数大于所述第一预设系数，则判定气缸体冷却水套(1)的设计方案可行；若气缸体水套上部区域的冷却液流速不大于所述第一预设流速和/或气缸体水套上部区域的对流换热系数不大于所述第一预设系数，则定气缸体冷却水套(1)的设计方案不可行。4.根据权利要求3所述的基于CAE仿真技术的柴油机冷却水套设计分析方法，其特征在于，所述第一预设流速为0.5m/s；所述第一预设系数为5700W/m2*K。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，郭晓东，王正学，路林，张建磊，史方明，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：