1、AVL_FIRE 軟件培訓,2017年08月,概述,發(fā)動機冷卻水套模型,現(xiàn)代發(fā)動機朝著高轉速、高強化、大功率方向發(fā)展，這將導致熱負荷問題突出，所以說具有良好的冷卻系統(tǒng)才能保證發(fā)動機的性能進一步提升。 發(fā)動機冷卻水套是通過冷卻液在其內(nèi)部循環(huán)從而帶走發(fā)動機熱量的裝置，研究水套的冷卻效果對提高發(fā)動機性能有很大幫助。然而由于水套內(nèi)部結構復雜，想要通過實驗的方法對其進行研究存在諸多困難，通過模擬發(fā)動機冷卻水套流場，設計者可以直觀而形象的觀

2、察出冷卻水套的流動死區(qū)和熱負荷高發(fā)區(qū)，從而找出結構設計中存在的缺陷，進行結構改良。,一、模型處理二、Fire對模型進行計算域網(wǎng)格劃分三、數(shù)值模擬邊界條件設置四、數(shù)值計算及計算結果可視化處理,AVL Fire工作內(nèi)容培訓,一、模型處理,1.1 Core2.0中對整機模型進行幾何排除,1.2 水套模型結構示意,進氣側,排氣側,,outlet,,inlet,cylinder 1 cylinder 2

3、 cylinder 3 cylinder 4,FRONT END,REAR END,,在Hypermesh對模型進行分組，方便在AVL Fire的selection建立和refine。不同顏色代表Hypermesh所分的組，在AVL_FIRE生成Selection。,1.3 Hypermesh處理模型,Hypermesh 處理模型,網(wǎng)格局部加密,網(wǎng)格局部加密,機體網(wǎng)格,缸蓋網(wǎng)格,二、Fire對模型進行計算域網(wǎng)格劃

4、分,缸蓋墊網(wǎng)格,節(jié)溫器網(wǎng)格,2.1機體、缸蓋、節(jié)溫器、缸蓋墊網(wǎng)格,網(wǎng)格局部加密,機體網(wǎng)格總數(shù)： 992401缸蓋網(wǎng)格總數(shù)： 1510721機冷器網(wǎng)格總數(shù)：816623缸蓋墊網(wǎng)格總數(shù)：13205節(jié)溫器網(wǎng)格總數(shù)：129904,網(wǎng)格局部加密的目的：在保障計算精度的前提下，盡量減少網(wǎng)格質量，節(jié)省計算時間，提高數(shù)值模擬效率。,機冷器外部網(wǎng)格,機冷器內(nèi)部網(wǎng)格,2.2 機油冷卻器網(wǎng)格劃分,將各部分網(wǎng)格組合在一起，設置流通面。,2.3

5、 整體網(wǎng)格,水套模型整體網(wǎng)格,對于冷卻水套計算一般進口定義流量，出口定義靜壓或梯度為零。入口邊界條件：給定冷卻水套冷卻液入口流量192kg/min，湍流動能0.001m2/s2 ，出口邊界條件：設定各個物理量的梯度為零。,二 、邊界條件設置,𝑢= 5?10 %?𝑈,5%?10%,Turb kin energy=3u2/2,2.1 進、出口設置,length scale= 𝟓?x

6、783;𝟎 %?𝒅,2.2 壁面邊界條件設置,機體,缸蓋,缸蓋墊,機油冷卻器,1、壁面邊界條件：在計算中采用假定的壁面溫度，機體、缸蓋、缸蓋墊、機油冷卻器、節(jié)溫器的壁面溫度分別為100deg、120deg、100deg、110deg、110deg。2、冷卻液設置：計算選用的冷卻液是體積分數(shù)0.5的水乙二醇混合液，密度1kg/m3，壓力100kpa，溫度403k。,節(jié)溫器,冷卻液設置,2.3 湍流模型設置

7、,壁面處理：選擇復合壁函數(shù)與k-zeta-f湍流模型相匹配,標準壁面函數(shù),不可壓縮,四方程模型精度和計算穩(wěn)定性都較好,松弛因子變量的新值為原值加上變化量乘以松弛因子.A1=A0+B*DETA,Re=ρvd/μ,雷諾數(shù)小于2300的流動是層流，雷諾數(shù)等于2300～4000為過渡狀態(tài)，雷諾數(shù)大于4000時的是湍流,當溫度出現(xiàn)無界解時導致不收斂時求解靜焓,2.4 收斂標準,RESU/V/W(動量方程速度殘差值),RESM(連續(xù)方程壓力殘差值

8、),RESK(湍流能殘差值),SSF定義的收斂標準是依據(jù)經(jīng)驗設定，當case殘差值達到一定值后基本不變，并且2D log里的收斂曲線的殘差值和監(jiān)控物理量在某個水平上保持了 較長時間不變即使沒有達到收斂標準或定義的最大迭代次數(shù)，認為其收斂。,RESH(能量方程焓殘差值),P(監(jiān)控點壓力監(jiān)測值),TEMP(監(jiān)控點溫度監(jiān)測值),RESD(耗散率度殘差值),四、數(shù)值計算及計算結果可視化處理,進氣側,溫度分布,速度分布及跡線,進氣側,排氣側

9、,排氣側,4.1速度、溫度、壓力分布,水套模型速度場可以識別出流動滯止區(qū)和速度梯度較大區(qū)域，壓力場可以顯示壓力損失較大區(qū)域，溫度場可直觀顯示冷卻效果。速度場、壓力場、溫度場等參數(shù)是相互聯(lián)系的。,壓力分布,進氣側,排氣側,水套模型速度場可以識別出流動滯止區(qū)和速度梯度較大區(qū)域，壓力場可以顯示壓力損失較大區(qū)域，溫度場可直觀顯示冷卻效果。速度場、壓力場、溫度場等參數(shù)是相互聯(lián)系的。,REAR END,FRONT END,cylinder 1

10、 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,4.2 缸蓋速度分布及各上水孔流量,缸蓋速度分布及跡線,上水口流量,排氣側,排氣側,上水口流量三維圖,左圖顯示的是上水孔流量的三維圖。排氣孔的上水流量比進氣側的上水孔流量大，這是由于排氣側的上水孔流通面積大引起的，這樣設計的原因是因為排氣側溫度較高，需要有足夠的冷卻液體對其進行冷卻。,cylinder 4

11、 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,左上圖給出水套某一截面的速度分布和跡線。左下給出四個氣缸水套進口的流量分布。,4.3 機體截面速度分布及各缸流量,機體截面速度分布和跡線,缸蓋截面速度分布,四個進水口流量,4.4 整體換熱系數(shù)分布,cylinder 1 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,c

12、ylinder 4 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,整體換熱系數(shù)分布，平均換熱系數(shù)5043,排氣側,進氣側,4.5 缸蓋換熱系數(shù)分布,換熱系數(shù)直觀反映水套的冷卻效果。影響對流換熱的主要因素有:冷卻液體本身性質、冷卻液流動速度、表面粗糙度。鼻梁區(qū)域為高換熱區(qū)域：該區(qū)域屬于收縮流動，冷卻液流動速度較高。,缸蓋的平均冷卻液流動速度1.04m/s，平均換熱系數(shù)6922,缸蓋換熱系數(shù)分布,cyl

13、inder 4 cylinder 3 cylinder 2 cylinder 1,cylinder 1 cylinder 2 cylinder 3 cylinder 4,低換熱區(qū)域,高換熱區(qū)域,該區(qū)域受到冷卻液的直接沖擊。,4.6 機體換熱系數(shù)分布,該區(qū)域流通面積縮小流速增加，導致?lián)Q熱系數(shù)提高。,機體內(nèi)冷卻液體平均流速0.64m/