1、發(fā)動機發(fā)動機缸體缸蓋的流固耦合分析缸體缸蓋的流固耦合分析陳思歐陽梅重慶長安汽車股份有限公司動力研究院摘要摘要:通過MPCCI作為接口連接Abaqus與Starccm軟件對某發(fā)動機缸體缸蓋進行流耦合仿真分析，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)果進行了對比，驗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，隨著人們對發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性要求越來越高，發(fā)動機所承受的熱負荷

2、也逐漸增加，因此，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的開發(fā)也變得越來越重要。沸騰換熱對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，可以實現(xiàn)高溫冷卻，對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算方法對發(fā)動機缸體缸蓋的傳熱進行分析，可較快得到精確的缸體缸蓋溫度及水套的流動、溫度及氣泡分布，為缸體缸蓋的溫度控制和水套的設(shè)計，以及缸體缸蓋的熱機強度計算提供邊界條件。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某發(fā)動機傳熱過程進行了分析。最后，將所得結(jié)果與傳統(tǒng)方法的結(jié)果進行了對比，驗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)計算計算流程流程傳統(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)部分分開計算，通過反復(fù)迭代計算得到精確的溫度場分布，但是，目前一般僅迭代計算一次。這樣計算的的結(jié)果與真實結(jié)果有一定的差

4、距，并且不能對水套及機體的相互影響做實時的分析和判斷，同時，水套內(nèi)的沸騰狀態(tài)也無法進行精確判斷、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軟件對某發(fā)動機缸體缸蓋進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分別表示液體的動力粘度系數(shù)、汽化潛熱、密度及普朗特數(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)驗系數(shù)[2]。3.計算結(jié)果分析計算結(jié)果分析為了驗證該流固耦合分析方法的有效性，將該方法與傳統(tǒng)仿真計算結(jié)果值進行對比，從圖4中可以看到，相對于傳統(tǒng)分析方法，流固耦合分析的結(jié)果每缸的溫度從高到底，更加真實的反映冷卻液對缸蓋溫度的影響。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)用在實際設(shè)計中，在缸體缸蓋最終確定開模方案前常常會有諸多的修改。下例為缸蓋開發(fā)時，為了工程化的某些要求，對水套進行了修改，如圖6所示。在分析時，直接將Starccm中的流體模型進行替換，即可驗算修改方案