曾 意 安聰慧 胡 攀 李連豹 韋 虹 李雙清

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動(dòng)力總成有限公司 3-浙江吉利控股集團(tuán)有限公司）

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理的重要保障，冷卻系統(tǒng)能夠保障發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的溫度下進(jìn)行工作，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，如果冷卻不足，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)溫度過(guò)高，零部件熱負(fù)荷增大，容易導(dǎo)致爆震；同時(shí)溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致機(jī)油變質(zhì)，油性變差，使得發(fā)動(dòng)機(jī)各部件得不到較好的潤(rùn)滑而加劇了磨損，導(dǎo)致零件壽命縮短[1]。然而，如果冷卻過(guò)度，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒做功而產(chǎn)生的能量大大浪費(fèi)，相關(guān)的熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量大約有20%～30%會(huì)被冷卻液體帶走[2]。由此可知，冷卻不足和冷卻過(guò)度都會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和燃燒效率，因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能和熱效率的重要途徑，也是發(fā)動(dòng)機(jī)研究領(lǐng)域的重要研究課題。

在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)水套是其中的重要部件，其涉及到燃燒室、缸體、缸蓋以及火花塞附近區(qū)域，這些區(qū)域都是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)熱負(fù)荷較高的重要區(qū)域，也是最需要進(jìn)行熱管理的區(qū)域。因此，合理的水套設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理起著重要的作用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在合適的溫度工況下進(jìn)行工作，從而保證其正常的性能。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱力學(xué)仿真進(jìn)行過(guò)相關(guān)的研究并獲得了滿意的成果。Jim Covey 等[3]通過(guò)CFD 仿真研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化缸蓋墊片可以改善冷卻系在水套中的分布，是一種改善冷卻系統(tǒng)非常有效的方式；Satheesh 等[4]通過(guò)CFD 方法對(duì)水套進(jìn)行溫度以及流體流動(dòng)分析，并用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真分析的可行性；Nikolaos Karras[5]通過(guò)仿真研究了發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱力學(xué)性能并優(yōu)化了水套結(jié)構(gòu)；詹樟松等[6]針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)流體仿真分析發(fā)現(xiàn)水套內(nèi)存在流動(dòng)死區(qū)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出水方式、缸蓋出水口進(jìn)行優(yōu)化，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)水套性能；鄭清平等[7]利用CFD 仿真技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水套進(jìn)行了三維模擬，并研究了不同流速下水套壓力及換熱系數(shù)的分布情況并以此指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)水套進(jìn)行設(shè)計(jì)；劉曉丹[8]和王楠[9]都使用CFD 方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水套進(jìn)行了詳細(xì)的仿真計(jì)算，并根據(jù)仿真的結(jié)果對(duì)水套進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的模型相比原始模型有較大的改善。

然而以上的研究主要集中在傳統(tǒng)的四缸機(jī)和三缸機(jī)中，很少有學(xué)者對(duì)兩缸機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)水套進(jìn)行相關(guān)熱力學(xué)分析。而隨著國(guó)家節(jié)能減排的需求，汽車(chē)輕量化越來(lái)越受到全球科研人員及汽車(chē)設(shè)計(jì)人員的重視，小型的發(fā)動(dòng)機(jī)也將會(huì)是未來(lái)動(dòng)力總成的發(fā)展方向。因而，本文針對(duì)目前吉利開(kāi)發(fā)的新穎兩缸兩沖程的小型發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究一下其發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱力學(xué)性能，并使用仿真分析的方式對(duì)水套結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提出相應(yīng)的合理化設(shè)計(jì)建議，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理的性能要求。

1 水套的流體模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 水套的幾何模型

試驗(yàn)選取了一種新型的兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，為了實(shí)現(xiàn)這款發(fā)動(dòng)機(jī)的超高效率，需要對(duì)其熱管理系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)研究。本文選取此發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水套為研究對(duì)象，主要通過(guò)流體仿真軟件STAR CCM+對(duì)水套進(jìn)行熱力學(xué)仿真和相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，圖1 給出了此水套流體仿真的基本流程框圖。

圖1 水套流體仿真的基本流程框圖

為了充分展現(xiàn)冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)的流動(dòng)情況，將發(fā)動(dòng)機(jī)的水套抽取成對(duì)應(yīng)的三維模型。由于水套的實(shí)際三維結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，如果按照其真實(shí)模型進(jìn)行建模將十分困難，因此需要在不影響水套熱性能的前提下，將水套模型進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，去掉了一些小的連接部分和曲面倒角，保證簡(jiǎn)化后的模型不影響分析結(jié)果，同時(shí)大大降低仿真工作[10]，簡(jiǎn)化后的水套模型如圖2 所示。水套的幾何模型主要包括排氣口、進(jìn)水口、缸體部分、缸蓋部分、火花塞區(qū)域和出口等。如圖2 所示，冷卻水路的循環(huán)流動(dòng)方向?yàn)椋豪鋮s水從進(jìn)水口進(jìn)入后，一部分流進(jìn)排氣口區(qū)域，然后流向缸體和缸蓋部分，最后從出水口流出；另一部直接流向缸體部分，然后到缸蓋部分，最后從出水口流出。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)水套的幾何模型

1.2 水套的流體模型和邊界條件的定義

為了通過(guò)流體仿真正確反映發(fā)動(dòng)機(jī)水套流體的流動(dòng)情況，需要選取合適的流體仿真模型，其仿真模型主要包括其物理模型和幾何模型。為了對(duì)水套模型進(jìn)行流體分析，需要將建立好的幾何模型導(dǎo)入Star CCM+中進(jìn)行流體區(qū)域劃分，再將零部件分配至流體區(qū)域時(shí)，為每個(gè)零部件分配一個(gè)流體區(qū)域并為每個(gè)零部件表面分配一個(gè)邊界。為了定義水套模型的進(jìn)出口參數(shù)，將其進(jìn)出口提取為單獨(dú)的流體邊界從而進(jìn)行相關(guān)的邊界定義。

物理模型是流體仿真可靠性的前提，因此選擇正確合理的物理模型至關(guān)重要，本文是模擬三維定常下的液體流動(dòng)，選擇了適用范圍廣、精度合理的k-ε 湍流模型[11]，流體的密度為997.561 kg/m3。同時(shí)網(wǎng)格模型決定了仿真計(jì)算的精度和收斂性，合適的網(wǎng)格模型以及網(wǎng)格大小對(duì)流體仿真有著重要的影響。圖3 給出了此發(fā)動(dòng)機(jī)水套的網(wǎng)格模型的示意圖。本文選擇的網(wǎng)格模型為多面體網(wǎng)格，為了在保證網(wǎng)格精度的前提下，降低仿真計(jì)算的時(shí)間，選擇的網(wǎng)格尺寸大小為2 mm，同時(shí)為了更真實(shí)模擬流體在近壁面處的流動(dòng)情況，選取了棱柱層網(wǎng)格，使得模型在近壁面處形成兩層棱柱層。為了防止流體在進(jìn)出口處出現(xiàn)回流現(xiàn)象，將進(jìn)出口流體邊界進(jìn)行拉伸層網(wǎng)格設(shè)置，共拉升10 層，拉升的總長(zhǎng)度為20 mm。

圖3 水套的網(wǎng)格模型

水套流體區(qū)域的外表面設(shè)置成壁面，類(lèi)型選擇溫度，溫度設(shè)置為100 ℃。進(jìn)口區(qū)域邊界選擇為質(zhì)量流量，根據(jù)水泵的設(shè)計(jì)，質(zhì)量流率設(shè)置為50 L/min，進(jìn)口溫度設(shè)置為90 ℃，出口區(qū)域邊界選取壓力出口，出口壓力設(shè)置0.18 MPa，出口溫度為100 ℃。

1.3 水套仿真的評(píng)價(jià)指標(biāo)

水套的熱力學(xué)仿真是水套設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要依據(jù)，通過(guò)對(duì)水套進(jìn)行仿真分析可以發(fā)現(xiàn)水套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的地方，從而方便后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。流體仿真計(jì)算完成后，為了表征仿真結(jié)果是否滿足性能要求，需要相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，常用的分析評(píng)價(jià)指標(biāo)有：速度場(chǎng)分析、換熱系數(shù)分析以及壓力場(chǎng)分析等。

其中，速度場(chǎng)分析包括速度流線圖和速度云圖，速度流線圖可以清楚地反映流體在流體仿真區(qū)域的流動(dòng)方向，速度云圖可以清楚地表示不同區(qū)域的速度大小，以此為依據(jù)，我們可以了解流動(dòng)低速區(qū)和流動(dòng)死區(qū)的位置，從而對(duì)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化提供指導(dǎo)。

換熱系數(shù)HTC（Heat Transfer coefficient）是指在穩(wěn)定的傳熱條件下，維護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1 ℃，單位時(shí)間通過(guò)單位面積傳遞的熱量，反映了傳熱過(guò)程的強(qiáng)弱。換熱系數(shù)能夠很好地表征冷卻水套的冷卻能力。換熱系數(shù)越高，表示冷卻效果越強(qiáng)。在水套幾何尺寸以及流體物性參數(shù)不變的情況下，換熱系數(shù)的大小跟液體的流速有著至關(guān)重要的關(guān)系。

壓力場(chǎng)反映了流體在冷卻水套不同區(qū)域的壓力分布情況。液體的流動(dòng)是從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，壓力的分布可以明確地解釋冷卻液體的流向。壓力大小的分布為水套的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)壓力場(chǎng)的分布反映不同區(qū)域之間的壓差，尤其是進(jìn)出口的壓差，從而可以為水泵及附件等提供相關(guān)的設(shè)計(jì)輸入。

2 水套仿真分析與優(yōu)化

2.1 原始模型的仿真結(jié)果分析

2.1.1 水套模型速度場(chǎng)的分析

圖4 給出了水套熱力學(xué)仿真后的速度分布云圖。從圖4a）中可以看出，不同的區(qū)域，水流的速度不同。整體來(lái)說(shuō)，除了進(jìn)口與缸體的連接區(qū)域以及出口附近的區(qū)域流速較大以外，絕大部分區(qū)域的水流速度都小于1.2 m/s。這種流速整體來(lái)說(shuō)使得水套的冷卻效果較差，無(wú)法很好地帶走燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)崃?。排氣口附近由于溫度較高，因此需要較強(qiáng)的冷卻效果，而從圖中我們可以看出，排氣口附近區(qū)域的流速較低，整體來(lái)說(shuō)低于0.4 m/s，這樣使得排氣口區(qū)域無(wú)法很好地進(jìn)行冷卻。同樣，由于缸蓋的部分火花塞區(qū)域是點(diǎn)火燃燒的區(qū)域，因此，此處的溫度分布相對(duì)比較高。從圖中可以明顯看出，大部分區(qū)域的流體流速也非常低，流速不超過(guò)0.8 m/s，冷卻的效果并不是非常理想。

圖4 水套的速度場(chǎng)分布

從圖4b）中可以看出，流體在兩缸中流動(dòng)的分布不太均勻，左邊缸蓋鼻梁區(qū)，有些地方的流速分布超過(guò)0.8 m/s，甚至超過(guò)1.2 m/s，而右邊的缸蓋鼻梁區(qū)域，液體流體主要集中在0.8 m/s 左右。這種不均勻性主要是由于流體進(jìn)口在左側(cè)，使得冷卻液更容易從左側(cè)的缸體流向缸蓋部分，從而使得流速整體偏大。

總體來(lái)說(shuō)，冷卻液在水套中的流速不大，冷卻效果不是很好，在排氣口和火花塞附近區(qū)域需要著重冷卻的地方，其冷卻效果卻不是很好。另外速度場(chǎng)在兩缸的分布上不太均勻。

2.1.2 水套模型換熱系數(shù)的分析

圖5 給出了發(fā)動(dòng)機(jī)水套的換熱系數(shù)分布圖，其分布圖與水套的流速分布圖比較類(lèi)似，并且換熱系數(shù)與流速的分布存在一定的正向關(guān)系。在流體的進(jìn)口處，由于冷卻液的流速較快，使得此處的換熱系數(shù)較大，換熱系數(shù)超過(guò)10 000 W/（m2·K），能夠起到很高的冷卻效果。從圖中可以明顯看出，在排氣口區(qū)域，換熱系數(shù)整體偏低，絕大部分地方都小于3 500 W/（m2·K），這主要是由于冷卻液向下流經(jīng)整個(gè)排氣口區(qū)域的流速非常低，導(dǎo)致其換熱系數(shù)較低。而排氣口區(qū)域是熱負(fù)荷較高的區(qū)域，對(duì)于這樣的區(qū)域，一般要求換熱系數(shù)在5 000 W/（m2·K）以上才滿足冷卻的要求，因此水套模型排氣口區(qū)域的換熱性能不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。另外，從圖中可以看出雖然水套缸體部分的換熱系數(shù)基本滿足冷卻需求，但是由于兩缸的換熱系數(shù)存在較大的差別，會(huì)導(dǎo)致兩缸的冷卻不均勻，這種情況會(huì)使得缸體容易發(fā)生局部變形。缸蓋鼻梁區(qū)也是熱負(fù)荷較高的區(qū)域，而換熱系數(shù)的分布圖中顯示出部分鼻梁區(qū)域上的換熱系數(shù)依然較小，可能發(fā)生局部換熱不佳現(xiàn)象。

圖5 水套模型的換熱系數(shù)

2.1.3 水套模型壓力場(chǎng)的分析

圖6 給出了水套模型在經(jīng)過(guò)CFD 計(jì)算后的壓力分布圖。從圖中可以清楚看出水套各部分的壓力分布情況，最大壓力在進(jìn)口處，當(dāng)液體從進(jìn)口流進(jìn)水套內(nèi)部時(shí)，在缸體的最左側(cè)與進(jìn)口相接觸的區(qū)域形成較大的壓力，說(shuō)明由于進(jìn)口布置的原因，大量的流體快速流經(jīng)此處，形成較大的壓力。圖中明顯看出，整個(gè)水套最下面的部分，即排氣口附近區(qū)域，壓力較高，基本上全部超過(guò)0.184 MPa，而在缸體部分，整體壓力大概分布在0.183 MPa～0.185 MPa。說(shuō)明缸體部分的壓力整體來(lái)說(shuō)沒(méi)有壓力排氣口區(qū)域大，從中可以看出流體的流向是從高壓流向低壓，壓差越大越容易流動(dòng)，進(jìn)口處與缸體部分的壓差要大于其與排氣口區(qū)域的壓差，因此當(dāng)流體從進(jìn)口進(jìn)入后，相比下端的排氣口區(qū)域，流體更容易在缸體中流動(dòng)。這一現(xiàn)象正好說(shuō)明了圖4 中的流速分布現(xiàn)象，導(dǎo)致流體在排氣口區(qū)域的流速過(guò)低，無(wú)法較好起到冷卻的作用。由圖中可以看出部分小范圍區(qū)域的壓力明顯比周?chē)鷧^(qū)域的壓力大，此處容易造成少量流體回流的現(xiàn)象。

圖6 給出了水套模型在經(jīng)過(guò)CFD 計(jì)算后的壓力分布圖

圖7 通過(guò)速度切片給出了水套模型的一些局部壓力示意圖。由圖可知，由于進(jìn)口處流速的原因，進(jìn)口處壓力明顯比其他區(qū)域大很多，并且兩缸的壓力分布不是特別均勻。整體來(lái)說(shuō)，這種壓力分布對(duì)于流體流動(dòng)的分布是不利的，由不同壓力形成的壓差會(huì)影響流體的流動(dòng)方向和流速，圖中明顯可以看出，由于壓力分布的原因，會(huì)使得流體流向下端排氣口區(qū)域較少，而排氣口又是高溫區(qū)域，因?yàn)樗谉o(wú)法較好地起到冷卻作用，需要將水套結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2 水套優(yōu)化及優(yōu)化后的性能分析

2.2.1 水套的優(yōu)化模型

圖7 水套壓力切片示意圖

從2.1 中CFD 的分析結(jié)果可以看出，此水套的原始模型雖然在一定程度上能夠帶走部分熱量，起到一定的冷卻作用，但是其冷卻效果并不是特別理想。為了改善其冷卻效果，根據(jù)水套不同區(qū)域的冷卻需求，通過(guò)在水套上設(shè)計(jì)相應(yīng)的隔套來(lái)引導(dǎo)水流的流向，使得水流盡可能多地流向需要重點(diǎn)冷卻的區(qū)域，而對(duì)于非重點(diǎn)冷卻區(qū)域可以使水流分布相對(duì)較少，從而保證水套各個(gè)部分都能夠在適宜的溫度中工作，圖8 給出了水套優(yōu)化后的幾何模型。由幾何模型可以看出通過(guò)設(shè)計(jì)水套隔板與原始水套模型配合形成新的水套模型，水套隔板可以對(duì)冷卻液進(jìn)行引流，使得冷卻液根據(jù)需要盡可能多得流向排氣口區(qū)域以及缸體上部。

2.2.2 水套優(yōu)化后的熱力學(xué)性能分析

圖8 水套優(yōu)化后的幾何模型

圖9 對(duì)比了優(yōu)化模型和原始模型的速度云圖。從圖9b）的速度云圖可以看出，優(yōu)化后的模型由于存在導(dǎo)流隔板的引流作用，使得整個(gè)速度云圖表現(xiàn)更合理，排氣口作為高溫區(qū)域得到很好的冷卻作用，相比于原始模型來(lái)說(shuō)，流體的流速都呈現(xiàn)較高的水平，主要分布在1 m/s 以上，從而使得冷卻液在該區(qū)域起到很好的冷卻作用。

圖9 原始模型與優(yōu)化模型的速度云圖

這種現(xiàn)象的主要原因可以結(jié)合其速度流線圖進(jìn)行解釋?zhuān)ㄈ鐖D10a）所示），由于隔板在缸體上的阻擋作用，使得冷卻液從進(jìn)口進(jìn)入后，幾乎全部從擋板下方流經(jīng)排氣口區(qū)域，然后從排氣口右邊向上進(jìn)入缸體上部以及缸蓋部分，因而冷卻液會(huì)在排氣口處形成較大的流速。另外，水套的缸蓋部分和缸體上部（上面1/3 區(qū)域）也是溫度較高的區(qū)域，因而這些地方也需要進(jìn)行很好的冷卻。由圖9b）可以看出流速在缸蓋及缸體上部整體會(huì)比原始模型（圖9a））大，對(duì)于優(yōu)化后的模型，在缸蓋的鼻梁區(qū)域上，液體的流速基本上都超過(guò)1 m/s，一些部分流速甚至達(dá)到1.5m/s，這是由于當(dāng)流體從排氣口的右邊向上流向缸體時(shí)，由于隔板的作用，缸體下面2/3 的部分被擋住，流體在向上的流動(dòng)過(guò)程中只能是一部分直接流向缸蓋，另一部分在缸體上面1/3 的部分橫向流過(guò)，從而使得冷卻液能夠很好地冷卻到這些需要冷卻的位置。從流線圖的俯視圖（圖10b））可以清楚地看出，對(duì)于優(yōu)化后的模型來(lái)說(shuō)，流速在兩缸上的分布相對(duì)比較均勻，鼻梁區(qū)的溫度基本上都能達(dá)到0.8m/s，就單一缸來(lái)說(shuō)，流速的差異性也不是很大，這說(shuō)明利用隔板引流的方式能夠很好地讓冷卻液在水套中更好地分布。

圖10 優(yōu)化模型的速度流線圖

圖11 給出了優(yōu)化后水套模型和原始模型的換熱系數(shù)對(duì)比圖，從圖中明顯可以看出，優(yōu)化后，排氣口區(qū)域和缸蓋鼻梁區(qū)這些高熱負(fù)荷區(qū)域的換熱系數(shù)與原始模型相比顯著提高，如排氣口區(qū)域，換熱系數(shù)基本上都在10 000 W/（m2·K）以上，相比原始模型，換熱能力提高了兩倍，能夠很好地滿足冷卻需求。缸蓋整體的換熱系數(shù)都能達(dá)到8 000 W/（m2·K），能夠滿足冷卻的需求。圖12 給出了水套模型各局部區(qū)域的平均換熱系數(shù)，從圖中可以看出各個(gè)區(qū)域的平均換熱系數(shù)都在6 000 W/（m2·K）以上，整體來(lái)說(shuō)優(yōu)化后的水套能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻需求。從兩缸的分布來(lái)看，優(yōu)化后的換熱系數(shù)分布較為均勻，有利于各缸均勻散熱，從而有利于各缸燃燒和做功的均勻性。這種現(xiàn)象主要是由于水套隔板的引流作用，使得流體在排氣口區(qū)域流動(dòng)較快，然后自下而上流向缸體進(jìn)行分流，從而保證了整個(gè)缸體水套具有較好的冷卻性能。

圖11 換熱系數(shù)的對(duì)比示意圖

圖12 水套各局部區(qū)域的平均換熱系數(shù)

如圖13 所示，從壓力分布圖上可以看出，優(yōu)化后的水套模型的壓力分布更加合理。從圖中可以看出進(jìn)口處壓力最大，出口處壓力最小，由于水套隔板引導(dǎo)槽的引流作用，使得冷卻液的流動(dòng)按照?qǐng)D中箭頭的走向流動(dòng)，從進(jìn)口依次流經(jīng)排氣口區(qū)域，然后到缸體，再到缸蓋，最終從出口流出。冷卻液從壓力大的地方向壓力小的地方流動(dòng)，這種壓力分布使得冷卻液體流動(dòng)非常具有單向串聯(lián)特性，不易出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)以及旋渦等影響流動(dòng)特性的現(xiàn)象。整體來(lái)說(shuō)，優(yōu)化后的模型具有較好的壓力分布，使得冷卻液體更好地分布在水套各個(gè)區(qū)域，起到較好的冷卻作用。

圖13 優(yōu)化模型壓力分布圖

3 結(jié)論

通過(guò)Star CCM+對(duì)新型的兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)的水套建立了流體模型并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)其流速、換熱系數(shù)以及壓力進(jìn)行了詳細(xì)的分析，研究發(fā)現(xiàn)：由于兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)新型的結(jié)構(gòu)布局，其進(jìn)水口和排氣口在同一側(cè)，使得冷卻液無(wú)法很好地保證排氣口周?chē)c缸蓋部分同時(shí)達(dá)到較好的冷卻效果。為了改善水套冷卻性能，通過(guò)在水套上面添加隔板作為引流對(duì)原始水套模型進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的仿真分析表明：由于水套隔板的引流作用，使得冷卻液在水套中能夠更好地分布，并能夠同時(shí)滿足排氣側(cè)和缸蓋等高溫區(qū)域的冷卻需求，冷卻效果更加均勻。