基于流体动力学仿真的机油冷却器水道优化设计

2024年2月20日发(作者：刮蜡纸)

基于流体动力学仿真的机油冷却器水道优化设计()广西玉林5广西玉林51.广西玉柴机器股份有限公司,37000;2.广西玉林达业机械配件有限公司,37001摘要:针对某柴油机机油冷却器水道阻力较大,影响到发动机工作性能的问题,采用三维计算机原因,对模型进行了优化设计。对优化后的模型进行再次模拟,以确定最优方案,并对优化后样品进行阻力测试,以验证仿真结果的准确性,为后续机油冷却器的设计提供数据支持。关键词:机油冷却器;分流;分隔;流动阻力;芯子;试验0

前言润滑油路是决定柴油机使用寿命的关键因素之一。润滑油路除了润滑功能外,还可以确保发动机部件的冷却和防蚀。机油冷却器是保证润滑油路正常工作的关键因素,机油冷却器通常由发动机冷却液在其中进行冷却。冷却器必须合理设计,以便在最高冷却也不会出现过高的润滑温度。同时,机油冷液温度时,却器需要降低其介质流动的阻力,以便降低其对发动机功率的损耗[1-4]陶正勇1

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华2

韦世宝2流体动力学(软件对机油冷却器进行流场分析及阻力模拟。根据模拟结果,找到流体阻力大的CFD)都为本文提供了有益的参考。本文以某机油冷却器出流阻特性,找到引起高水阻的原因。研究人员针对具改进方案的可行性。后期,研究人员对该机油冷却器样件进行了台架试验,获得其流阻特性的试验数据,验证了仿真结果的准确性。1

机油冷却器的结构和性能本文研究了1款机油冷却器的水路阻力状况。该体问题设计改进方案,再通过三维CFD数值模拟验证现高水阻为研究对象,通过三维CFD数值模拟获得其5]研究方面,苏峰华等[采用多尺度的方法对机油冷却6]器进行了多工况的数值模拟。李雷等[采用一维和力学(仿真和试验研究2种方法。在CCFD)FD仿真国内对机油冷却器的研究主要有计算机流体动。机油冷却器采用板翅式散热片的方式进行机油冷却。长214kW。该机油冷却器的结构尺寸分别为:60mm、宽1高1其几何模型如图1所示,冷却芯60mm、30mm,子模型如图2所示,壳体模型如图3所示。机油冷却器由冷却芯子、壳体组成,冷却功率可达三维联合仿真的方法对机油冷却器的水路匹配进行车型机油冷却器左右两侧的流体流动过程。童宝宏7]了计算。秦萌等[采用FLUENT仿真软件分析了某()神经网络进行建模,分析了不同油温对冷却器BP9]流量特性的影响。庞威等[采用CFD方法优化改进采用试验的方法研究了纳米流体对车用机油冷却器8]等[将试验方法和仿真方法相结合,基于反向传播10]了机油冷却器的水套。在试验研究方面,钟勋等[11]的强化换热效果。王迎新等[通过试验研究发现,不一样的生产工艺会导致机油冷却器有明显的差异,12]尤其是阻力特性和传热性能。周辉志等[通过试验对机油冷却器进行分析和结构优化,有效降低了动力总成的阻力。这些对机油冷却器的CFD仿真研究和试验研究图1

机油冷却器几何模型86汽车与新动力2021 NO.3

图2

冷却芯子几何模型图3

壳体几何模型

几何模型仿真研究人员将机油冷却器水道内腔三维模型导入A形网格类型来初步划分面网格NSYSMESHING程序进行网格划分。仿真采用三角,选择网格尺寸为网格划分的高级尺寸控制函数采用了基于临近单元和0.5mm。曲率的方法,同时设置相关度为高度相关,并对网格进行高度光顺和缓慢过度,以保证网格质量。模型网格共有,模型局部网格情况如图19218935个单元。模型整体网格情况如图5所示。4所示仿真采用三维稳态流动计算。介质流动为不可压缩定常流动。湍流模型选择可实现k-e模型,壁面函数选择标准壁面函数。入口流速为条件采用压力出口。入口速度为2均.42匀5m流,/s方,向出口边界垂直于入口截面。

试验与仿真分析.1

台架试验试验测试系统如图6所示。该试验测试系统由进水供给系统和进油供给系统水流2部分组成。进水供给系统通过电动控制阀对进量进行控制,进水流量为0~500L/min,水流进口温度为35~105℃,稳定度图4

模型整体网格情况图5

模型局部网格情况控制为力为流量进行控制28±0k1P%a,。测量精度为,进油流量为进油供给系统通过电动控制阀对进±0.35%,最大水流进口压油口温度为度控制为±350~.01120℃℃最大入口压力为,稳定度控制为40~250L±/60m.i5n,℃润滑油进,00kPa。,测量精图6

试验测试系统为了验证仿真方法的合理性和有效性,研究人员按照不同工况对机油冷却器样件进行了台架试验。研究人员采用高精度试验台测量进水流量和阻力,为仿真模拟提供依据。研究人员按照进水流量范围40L/min和流速范围1./60~种工况,如表1所示。039~2.425ms共设置了5汽车与新动力2021 NO.38723351

表1

不同进水流量和入口流速的工况设定项目进水流量/(L·min-1工况)入口流速-1工况16工况2180011./0(3m·s)工况3工况45101.1204002.37893522..047285.2

仿真结果验证图曲线。7为水侧压降的仿真计算结果与试验结果对比由图大。仿真结果整7可见,随着水流量增加,阻力也逐渐增体数据相对测试结果偏小,这是由于研究人员对仿真模型进行了简化。仿真结果与试验变化趋势总体一致,最大压降误差为比较吻合,从而证明了仿真模型的有效性9.07%。,与试验结果图7

仿真计算结果与试验结果对比曲线.3

水路改进前的仿真结果水道压力分布图如图口,进水口的压力为41.43k8所示。水道右侧为水流进水口。从图8可见,从水流进口到水流出口处Pa。水道左侧低压处为出,压力呈现出明显的三级阶梯递减,而且高压区集中在水道左侧。图进入水道后即分9为水道整体流场分布图。从图为2条支路流动,芯子处9可见,水流的水流量为出口处有明显6.5L/min,旁通处的水流量为的漩涡。从图109可3以.5L看/出mi漩n涡。在水流的速度梯度,因为漩涡的原因,水流阻力增大了。在芯子出水口处有围及水流对冲2股水流的冲击区,从图后的流向。由于水11可以看到冲击的范流冲击的影响,芯子出口处出现了明显的滞留区。所以,在水道优化设计时,研究人员需要考虑优化整体流场结构,增加分隔板进行导流来避免上述问题。图后的模型。12为机油冷却器改进88汽车与新动力2021 NO.3图8

水道压力分布图图9

整体流场分布图图10

漩涡区流场分布图.4

水路改进后仿真结果图水流量为13为水道优化后整体流场分布图。过芯子的经过优化后58,.5L芯子/m获in得,旁通水流量为了更多水流量8,1水.2L流/量mi增n。加在了7.。5%水从芯子出,更利于增加散热量口出来后直。接图引14是芯子支路的导流图流到水道出口,避免了两股水流对冲。图15是旁通支路导流图。从图可见,局部还存在有漩涡,但较优化前已有明显改善,1而5且大部分冷却水直接导流到了出口。图16是优化后的33433

图11

冲击区流场分布图图12

机油冷却器改进后模型冷却器内部压力场分布图,进口压力为阻力相对优化前降低了50.21%。27.58kPa,水流图13

整体流场分布图图14

芯子支路导流图图15

旁通支路导流图图16

优化后的冷却器内部压力场分布图.5

水路改进后的仿真结果与试验结果比较图17为水路改进后水侧压降的仿真计算结果与试验结果对比曲线。由图果非常吻合,最大压降误差为17可见,仿真结果与试验结增加,仿真结果与试验变化趋势一致7.57%,。从而证明了仿真随着水流量的模型的有效性。图17

仿真计算结果与试验结果对比曲线

结论研究人员采用三维力场分C布F的D模拟仿真,进行机油冷却器水道流场和压计算。通过试验验证,将各工况下的仿真结果与实测结果进行比较,两者吻合良好。研究人员利用仿真软件模拟冷却器内部水道流汽车与新动力2021 NO.38934

动情况,可以直观看到芯子水路与旁通水路对冲导致动量损失影响了冷却液流动,压降增大。根据仿真结果,研究人员对水路进行改进,在芯子水路与旁通水路间设置分隔板对介质进行引流。该优化方案可以有效降低机油冷却器水阻,满足整机匹配的要求。参

考

文

献[]郭丽华,覃峰,陈江平,等.板翅式机油冷却器流动和换热性能的1524.第三届制冷空调新技术研讨会论文集,CFD研究[C].2005:521-[]]苏峰华,冯文营,袁熙.基于多尺度方法的机油冷却器数值模拟[5J.[]唐帅,曾超,等.基于一维三维联合仿真的某机油冷却器水路李雷,6-[]秦萌,陈江平,陈芝久.车用发动机机油冷却器流动的数值模拟研究7[]]童宝宏,桂长林.发动机机油冷却器流量特性的试验与仿真[车用8J.[]]庞威,徐万毅,周祥军.机油冷却器水套的C柴油9FD优化改进[J.[]钟勋,俞小莉.纳米流体在车用机油冷却器中的强化换热试验研究10[]王迎新,武占华,李世奇,等.板翅式机油冷却器传热性能和阻力特11[]]周辉志.现代车126DY柴油机机油冷却器的试验研究与设计优化[J.():用动力,20120345-49.]():性的实验[大连海事大学学报,J.200602130-132.[]():内燃机工程,J.2011,320374-78.():机,2009,310234-38.():发动机,20090340-43.[]():车用发动机,J.20040323-25.]():匹配计算[柴油机设计与制造,J.2020,26036-9,13.,():华南理工大学学报(自然科学版)2020,4805112-117.[]]孟祥廷,闫伟,王桂华,等.基于C2FD的油冷器流动和换热性能[J.[]孔珑.工程流体力学[中国电力出版社,3M].2007.版社,2017.():内燃机与动力装置,2019,36280-84.[]克劳斯·莫伦豪尔,赫尔穆特·乔克.柴油机手册[机械工业出4M].90汽车与新动力