船用柴油机冷却系统仿真分析研究
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寸进 行划 分 ；对缸套 冷却 孔 以及缸 套通往 缸盖 水腔
（ ）压 力损 失方 程 ３
△ （＋）ｐｐ ｐｐ譬 一２ ＝ｌ （＋ｌ ｖ 卜
（ ）换 热 方程 ４
Ｔ ＝Ｔ ＋Ｑ ｍ 。 ２ ｌ ／ ｃ
一
ｆ） （ ） ３
的上水孔 进行 局部 细化 处理 。单缸 计算域 三维模 型
系统 的散 热能 力一般 是 以满足 额定 工况时 的散 热需
收 稿 日期 ：２ １ －３３ ０ ２０ —１ 作者简介 ：任林 （９ ８一） １７ ，男 ，高级工程师 ，主要研究方 向为柴油机试验测试 ，Ｅｍａ ：ｒｎｉ＠ｃｉ １ ．ｏ — ｉ ｅｌ ｌ ｎ ｓ ７ １ ｅｍ。 ｅ
任
林等 ：船用柴油机冷却系统仿真分 析研究
・２ １・
１ 计 算 模 型 描 述
１ １ 一 维流体 计算 数学 模型 ． 船用 柴油 机主要 在稳 定工 况运行 ，因此冷 却 系
２ 冷 却 系统 仿真 分 析
２ １ 单 缸缸套 水腔 三维 ＣＦ ． Ｄ仿 真分析
计算 的 目的主要 是为 一维 流体仿 真计算 提 供水
求 为 目标 ，容 易导致 在部分 负荷 时冷却 系统发 生功
率损 失 ，水 泵 所 提供 的 冷却 液 流 量 超 过 所 需 的流 量 ，使发 动 机 出 现 过 冷 现 象 ，影 响 发 动 机 的 性
能 … 。 因此 ，现 代发 动 机 冷 却 系统 的设 计 需 要 充 分 考虑 全工况 下冷却 系统 各主要 附近 和参数 的优 化 匹配 ，采用 系统化 、模块 化设计 方法 ，统筹 考虑 各
２ １ ３ 计算 结果 及分 析 ．． （ ）冷 却水 腔流 阻特性 １
额定工 况下 总压 力损失 为 ５ Ｐ 。通 过改 变 边 ７ｋ ａ 界条 件 ，获得冷 却水 腔在 不 同进 口流量 下 的流 阻特
任
林 等 ：船用柴油机冷却 系统仿真分析研究
・２ ３・
见 原机 匹配的机 带泵 额 定压 头过 大 ，与系 统 流 阻特
ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｎ ｌｓｓ ｓｃ ｒ ｅ ｕ ｏｏ ｔ ｚ ｅ ｅ ｇｎ ｒ ｅ ｉｈ ａ ｄ ｌｗ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｈ ｗａｅ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ａ ａｙ ｉ ｗａ ａ ｒ ｄ ｏ ｔ ｐ ｉ ｅｔ ｎ ｉ ｅ ｄ ｖ ｎ ｈ ｇ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｓ ｔｒ ｉ ｔ ｍｉ ｈ ｉ ｏ ｒ
７８ ６ ． ６ ７８ ８ ． ４ ７ ９ ７９ ４ ．１
５ ３ ．８
５． ２ ５ ５ ６５ ． ５． ７ ７ ５ ８８ ．
３ ４ ５
图 ６ 各 缸水 套压 力 损 失 对 比
（ ｈ ｎｈ ｉ ｒ ｅＤｅｅ Ｅ ｇ ｅＲ ｓａｃ ｎｔｕｅ Ｓ ａｇ ａ ２ １ ０ ） Ｓ ａ ｇａ Ｍａ ｎ ｉｓｌ ｎｉ ｅｅｒ Ｉｓｔｔ， ｈ ｎ ｈｉ ０ ８ ｉ ｎ ｈ ｉ １
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔｅ ｓｕｄ ｆａ ｍａ ｉ ｄｉ ｓ ｒｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｙ ｏ ｒｎｅ ｍｅ ｕｍ ｐ ｅ ｉｓ ｌｅ ｇ ｎ Ｓｃ ｏ ｉｇ ｗａｅ ｙ ｔｍ ，ｔ ｅ １ Ｄ ｓ ｅ ｄ ｄｅ ｅ ｎ ｉ ｅ’ ｏ ｌ ｔ ｒｓ ｓｅ ｎ ｈ 一
影 响 因素及其 各子 系统 和部件 间 的耦 合关 系 ，既 保 证 发 动机 正 常 工 作 ，又 提 高 发 动机 效 率 和减 少 排 放 ＿ 。随着计 算 机 技 术 的快 速 发 展 和 大量 一 维 和 ２ Ｊ 三维 商业 流体数值 模拟 软件 的出现 ，快速 准确 的冷 却系 统数值仿 真计 算变 成现实 ，使冷 却 系统优化 设 计技 术发 生了根 本性 的改变 。
Ｋ ｙ ｒ ｓ：ｍａｉｅｄｅ ｅ ｅ ｇｎ ；ｃ ｏｉｇｓｓｅ ；ｓ ｌｔ ｎ ａ ａｙｉ；ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｅ ｒｈ ｅ ｗｏ ｄ ｒ ｉｓｌ ｎ ｉｅ ｏ ｌ ｙ ｔｍ ｎ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｘ ｅ ｍｕ ｏ ｉ ｎａ ｓａｃ ｒ
０ 前 言
冷 却 系统 是柴 油机 的重要 组成 部分 ，设计 合理 的冷却 系统 能保证 各受热 零部 件 的温度在 各种 工况 下均处 于正 常工 作 范 围 内，避 免 出现 过 热 或过 冷 ， 对柴油 机 的动力 性 、经 济性 、可靠 性 、耐久性 以及 排 放指 标有 着重要 的影 响 。尤其是 近年 来随 着柴油
并 通过试 验数 据验 证 了计 算 方法 的可行性 ；利 用该 方法对 原机 冷却 系统性 能进 行 了综合 分析 ，优 化 了机 带 高、低 温淡 水泵的 流量和 压 头 ；通过 全 工况 范 围冷却 系统性 能计 算分析 ，验证 了优化 后 冷却 系统性 能得 到 明显改善 。 关 键词 ：船 用 柴油机 ；冷却 系统 ；仿 真分析 ；试验研 究 中 图分 类 号 ：Ｔ ４ ４ ２ Ｋ ２ ． 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ ４ ５ （０ ２ ０ ０ ２ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ４— ０ ０— ８
一
一
（） ６ （） ７
Ｏ ｔ
＋ｄ （ ）＝ｄｖ＃ ｒｄ ）一 ｉ ｖ ｉ（ ｇａ
一
ｏ ｐ ）＋ｄＶｐ ）＝ｄｖ／ ｒｄ （ｗ ｉ（ 伽 ｉ（ ｇａ ） ｘ
一
一
ｄ￡
老 （ ８ ）
图 １ 单 缸 计 算 域 三 维 模 型 及 网 格
（ ）能量 守恒 方程 ： ３
２ １ ２ 边界 条 件 ．．
第 ３ ４卷（０ ２ 第 ４期 ２１）
柴油机
Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇｎ
…
…
’
｛ 系统与附件 ；
… … ， 。
ｊ
船 用 柴 油 机 冷 却 系 统 仿 真 分 析 研 究
任 林 ，王 锋
（ 七一 一研究 所 ，上海 ２ １０ ） ０ １ ８ 摘 要 ：以某船 用 中速 柴油机 冷却 系统 为研 究对 象 ，开展 了一 维与三 维 Ｃ Ｄ相 结合 的 仿 真分析 ， Ｆ
机 强化 指标 和热 流密度 不 断提高 ，各 主要受 热零部
件 的热 负荷逐 渐增 加 ，对冷 却 系统 的综 合性 能也提 出越来 越高 的要 求 。
传 统 的船用 大功率 柴 油机冷却 系统设计 主要 以 经 验和 参 照设 计 为 主 ，设 计 方 法 和手 段 相 对 落后 。
０．０ １
Ｏ８
室 ０６
０ ４
Ｏ ２
Ｏ 第１ 第２ 缸 缸 第３ 缸 第４ 第５ 第６ 第７ 第８ 第９ 缸 缸 缸 缸 缸 缸
进 机 温度
７．２ ３０
７３ ４ ．１ ７３ ９ ．１ ７３ ２３ ． ７３ ２６ ．
出 机 温度 进 出 机 温 差
７． ８４
Ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓＳ ｕ ｙ ｏ ｈ ｏｉ ｇ Ｗ ａ ｅ ｙ ｔｍ ｉ ｌ ｔ ａｙ ｉ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｃｏ ｌ ｏ ｎ ｔｒ Ｓ ｓｅ
ｏ ａ ｉ ｅ Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｆＭ ｒ ｎ ｅ ｅ ｇ ｎ
Ｒ ｅ ｎ， Ｗ ａ ｇ Ｆｅ ｎ Ｌｉ ｎ ｎｇ
（ ）系统 温度 分布 ３
各 缸冷却 水进 口 、出 口温度及 进 出 口温 差对 比 情况 如表 ２和 图 ８所 示 。
表 ２ 各 缸 冷 却 水 进 出温 度 分 布 单位 ： ℃ 缸 号
ｌ
２
性不匹配 ，导致实 际工作流量过大 。
高温淡水流经各缸水 腔压力损失对 比情况 如图 ６ 。
名 称
区域
边 界类 型
边 界 条 件
ｉｌ ｎｅ ｔ
ｏｔ ｔ ｕｌ ｅ
Ｉ ｅ ｎｌｔ
—
冷却水进 口 质量流量入 口 质量流量 ＝３（ ｇｓ ） ｋ ・ ，温度 ＝ ５ ３ ３Ｋ
冷却水 出口 进水 总管 压力出 口 壁 面 边 界 条 件 压 力 ：３×１ Ｐ ０ ａ 温 度 ：３３Ｋ ５
腔流 阻特性 参数 及对 流换 热系 数 。 ２ １ １ 计 算域 几何 建模 及 网格 划分 ． ．
统 的一维仿 真计 算为 稳态传 热计 算 ，其计 算理论 基
础如 下 ：
（ ）流动 阻力方 程 １
几何建模采用 Ｐ Ｏ Ｅ Ｆ Ｒ ／ ，Ｃ Ｄ计算采用 ＦＲ ＩＥ软
Ｐ 一： Ｐ ＝ 譬
ａ ｄ ３ Ｄ Ｃ Ｄ Ｃ —ｉ ｌｔ ｎ ｗａ ａ ｒｅ ｕ ｎ ｔ ｅ ｃ ｏｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ Ｃ ｍｐ ｒ ｇｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｒ — ｎ 一 Ｆ Ｏ ｓｍｕ ａｉ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｏ ｈ ｏ ｌ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ． ｏ ａ ｎ ａ ｃ ｌｔ ｅ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｈ ｏ
ｓ ｉｓｗｉ ｈ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ａａ， ｔ ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ’Ｓ ａ ｃ ｒ ｃ ｓ ａ ｐ ｏ ｅ ｕ ｔ ｔ ｔ ｅ ｘ ｅ ｈ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｈｅ ｉ ｌｔｏ ｄ ｌ ｃ ｕ ａ ｙ ｗａ ｐ ｒ ｖ ｄ． Ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ， ｉ ｈ ｔｏ
及 网格 如图 １所示 。
（） ４
１ ２ 三维 Ｃ Ｄ计算 数学模 型 ． Ｆ
（ ）质量 守恒方 程 ： １
鲤 ＋
Ｏ ｔ Ｏ ｘ
＋
砂
＋
Ｏ ｚ
： ０
（） ５
（ ）动量 守恒方 程 ： ２
ｏ ）＋ｄｖｐ ｌ （ｕ ｐ ｉ（Ｍ１ ）＝ｄｖ ｔ ｒｄ ） 塑 ｉ（ ｇａ ＊ ８ ｘ＋
（ ）质量 守恒方 程 ２ Ｑ＝ Ｍ ＝ ２２ Ａ１１ Ａ Ｍ
（） １
（） ２
件 。计 算 域为 冷 却 水流 过 的空 腔部 分 ，即 由水 套 、 气缸 套 和 缸 盖 等 组 成 的 冷 却 水 流 动 水 腔 。利 用 ＦＲ Ｉ Ｅ软件 的网格生成 模块 Ｆｍｅ 具划 分单缸 冷却 ａ 工 水 腔计算 域体 网格 。 网格 划分 时 ，对进 水管 、缸盖 冷却 水腔 等流 通面积 较 大的 区域采 用普通 的 网格 尺
ｐ ｍｐ ｎ ｔ ｅｒｆｏ ｒ ｔ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｈ ａ ｕ ｓｏ ｈ ｉ ｗ ａｅ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ．Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｎ ｗ ｏ ｌｎ ｙ ｔ ｍ ’ ｅ ・ ｌ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｃ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ Ｓ ｐ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｈ ｓｂ ｅ ｂ ｉ ｕ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔａｌｏ ｅ ａ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｏ ｍａ ｃ ａ ｅ ｎ ｏ ｖｏ ｓｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｌ ｐ ｒ ｔ ｎｇ ｃ ｎ ｉｉ ｓ ｏ
将 冷却 水腔 内冷 却液 的流 动视为稳 态粘 性不 可
（ ）控制 方程 ４
＋ｄＶ ｉ（
对 壁 面进行 温度 设置 ，进 出 口边 界条件 采用 进 口流
量／ 口压力 设 置模 式 ，参数 来 自于 一 维仿 真 计 算 出
分 析结 果 。主要 边界 条件如 表 １ 。
表 １ 边界条件
Ｏｐ ） （ Ｔ
一
Ｉ Ｅ ＋（ ｄ鲁 ｄ＋ （ 压 缩湍 流 流动 ，湍 流 模 型 选 用模 型 ，采用 ＳＭＰＬ ｄｐ ｉ ｇ Ｌ ９ ｉ ＝（ｍ） ） ｖ Ｖ ｓ 算 法 。对 于壁 面设 置无 滑移 边界 ，采用 集 总参数 法
）＝ｄｖｐ
ｃｌ ｄｒ ｙｉ ｅ ｎ
水套
壁面边界条件
温度 ：３０Ｋ ７
温 度 ＝３０Ｋ ８ 温 度 ＝３５Ｋ ７
Ｈｅｄｂｔ ｍ 缸 盖水 腔 下 部 壁 面 边 界 条 件 ａ —ｏｔ ｏ Ｈ ａ— ｐ 缸 盖水 腔 上 部 壁 面 边 界 条 件 ｅｄｔ ｏ
（ ）压 力损 失方 程 ３
△ （＋）ｐｐ ｐｐ譬 一２ ＝ｌ （＋ｌ ｖ 卜
（ ）换 热 方程 ４
Ｔ ＝Ｔ ＋Ｑ ｍ 。 ２ ｌ ／ ｃ
一
ｆ） （ ） ３
的上水孔 进行 局部 细化 处理 。单缸 计算域 三维模 型
系统 的散 热能 力一般 是 以满足 额定 工况时 的散 热需
收 稿 日期 ：２ １ －３３ ０ ２０ —１ 作者简介 ：任林 （９ ８一） １７ ，男 ，高级工程师 ，主要研究方 向为柴油机试验测试 ，Ｅｍａ ：ｒｎｉ＠ｃｉ １ ．ｏ — ｉ ｅｌ ｌ ｎ ｓ ７ １ ｅｍ。 ｅ
任
林等 ：船用柴油机冷却系统仿真分 析研究
・２ １・
１ 计 算 模 型 描 述
１ １ 一 维流体 计算 数学 模型 ． 船用 柴油 机主要 在稳 定工 况运行 ，因此冷 却 系
２ 冷 却 系统 仿真 分 析
２ １ 单 缸缸套 水腔 三维 ＣＦ ． Ｄ仿 真分析
计算 的 目的主要 是为 一维 流体仿 真计算 提 供水
求 为 目标 ，容 易导致 在部分 负荷 时冷却 系统发 生功
率损 失 ，水 泵 所 提供 的 冷却 液 流 量 超 过 所 需 的流 量 ，使发 动 机 出 现 过 冷 现 象 ，影 响 发 动 机 的 性
能 … 。 因此 ，现 代发 动 机 冷 却 系统 的设 计 需 要 充 分 考虑 全工况 下冷却 系统 各主要 附近 和参数 的优 化 匹配 ，采用 系统化 、模块 化设计 方法 ，统筹 考虑 各
２ １ ３ 计算 结果 及分 析 ．． （ ）冷 却水 腔流 阻特性 １
额定工 况下 总压 力损失 为 ５ Ｐ 。通 过改 变 边 ７ｋ ａ 界条 件 ，获得冷 却水 腔在 不 同进 口流量 下 的流 阻特
任
林 等 ：船用柴油机冷却 系统仿真分析研究
・２ ３・
见 原机 匹配的机 带泵 额 定压 头过 大 ，与系 统 流 阻特
ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｎ ｌｓｓ ｓｃ ｒ ｅ ｕ ｏｏ ｔ ｚ ｅ ｅ ｇｎ ｒ ｅ ｉｈ ａ ｄ ｌｗ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｈ ｗａｅ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ａ ａｙ ｉ ｗａ ａ ｒ ｄ ｏ ｔ ｐ ｉ ｅｔ ｎ ｉ ｅ ｄ ｖ ｎ ｈ ｇ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｓ ｔｒ ｉ ｔ ｍｉ ｈ ｉ ｏ ｒ
７８ ６ ． ６ ７８ ８ ． ４ ７ ９ ７９ ４ ．１
５ ３ ．８
５． ２ ５ ５ ６５ ． ５． ７ ７ ５ ８８ ．
３ ４ ５
图 ６ 各 缸水 套压 力 损 失 对 比
（ ｈ ｎｈ ｉ ｒ ｅＤｅｅ Ｅ ｇ ｅＲ ｓａｃ ｎｔｕｅ Ｓ ａｇ ａ ２ １ ０ ） Ｓ ａ ｇａ Ｍａ ｎ ｉｓｌ ｎｉ ｅｅｒ Ｉｓｔｔ， ｈ ｎ ｈｉ ０ ８ ｉ ｎ ｈ ｉ １
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔｅ ｓｕｄ ｆａ ｍａ ｉ ｄｉ ｓ ｒｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｙ ｏ ｒｎｅ ｍｅ ｕｍ ｐ ｅ ｉｓ ｌｅ ｇ ｎ Ｓｃ ｏ ｉｇ ｗａｅ ｙ ｔｍ ，ｔ ｅ １ Ｄ ｓ ｅ ｄ ｄｅ ｅ ｎ ｉ ｅ’ ｏ ｌ ｔ ｒｓ ｓｅ ｎ ｈ 一
影 响 因素及其 各子 系统 和部件 间 的耦 合关 系 ，既 保 证 发 动机 正 常 工 作 ，又 提 高 发 动机 效 率 和减 少 排 放 ＿ 。随着计 算 机 技 术 的快 速 发 展 和 大量 一 维 和 ２ Ｊ 三维 商业 流体数值 模拟 软件 的出现 ，快速 准确 的冷 却系 统数值仿 真计 算变 成现实 ，使冷 却 系统优化 设 计技 术发 生了根 本性 的改变 。
Ｋ ｙ ｒ ｓ：ｍａｉｅｄｅ ｅ ｅ ｇｎ ；ｃ ｏｉｇｓｓｅ ；ｓ ｌｔ ｎ ａ ａｙｉ；ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｅ ｒｈ ｅ ｗｏ ｄ ｒ ｉｓｌ ｎ ｉｅ ｏ ｌ ｙ ｔｍ ｎ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｘ ｅ ｍｕ ｏ ｉ ｎａ ｓａｃ ｒ
０ 前 言
冷 却 系统 是柴 油机 的重要 组成 部分 ，设计 合理 的冷却 系统 能保证 各受热 零部 件 的温度在 各种 工况 下均处 于正 常工 作 范 围 内，避 免 出现 过 热 或过 冷 ， 对柴油 机 的动力 性 、经 济性 、可靠 性 、耐久性 以及 排 放指 标有 着重要 的影 响 。尤其是 近年 来随 着柴油
并 通过试 验数 据验 证 了计 算 方法 的可行性 ；利 用该 方法对 原机 冷却 系统性 能进 行 了综合 分析 ，优 化 了机 带 高、低 温淡 水泵的 流量和 压 头 ；通过 全 工况 范 围冷却 系统性 能计 算分析 ，验证 了优化 后 冷却 系统性 能得 到 明显改善 。 关 键词 ：船 用 柴油机 ；冷却 系统 ；仿 真分析 ；试验研 究 中 图分 类 号 ：Ｔ ４ ４ ２ Ｋ ２ ． 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ ４ ５ （０ ２ ０ ０ ２ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ４— ０ ０— ８
一
一
（） ６ （） ７
Ｏ ｔ
＋ｄ （ ）＝ｄｖ＃ ｒｄ ）一 ｉ ｖ ｉ（ ｇａ
一
ｏ ｐ ）＋ｄＶｐ ）＝ｄｖ／ ｒｄ （ｗ ｉ（ 伽 ｉ（ ｇａ ） ｘ
一
一
ｄ￡
老 （ ８ ）
图 １ 单 缸 计 算 域 三 维 模 型 及 网 格
（ ）能量 守恒 方程 ： ３
２ １ ２ 边界 条 件 ．．
第 ３ ４卷（０ ２ 第 ４期 ２１）
柴油机
Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇｎ
…
…
’
｛ 系统与附件 ；
… … ， 。
ｊ
船 用 柴 油 机 冷 却 系 统 仿 真 分 析 研 究
任 林 ，王 锋
（ 七一 一研究 所 ，上海 ２ １０ ） ０ １ ８ 摘 要 ：以某船 用 中速 柴油机 冷却 系统 为研 究对 象 ，开展 了一 维与三 维 Ｃ Ｄ相 结合 的 仿 真分析 ， Ｆ
机 强化 指标 和热 流密度 不 断提高 ，各 主要受 热零部
件 的热 负荷逐 渐增 加 ，对冷 却 系统 的综 合性 能也提 出越来 越高 的要 求 。
传 统 的船用 大功率 柴 油机冷却 系统设计 主要 以 经 验和 参 照设 计 为 主 ，设 计 方 法 和手 段 相 对 落后 。
０．０ １
Ｏ８
室 ０６
０ ４
Ｏ ２
Ｏ 第１ 第２ 缸 缸 第３ 缸 第４ 第５ 第６ 第７ 第８ 第９ 缸 缸 缸 缸 缸 缸
进 机 温度
７．２ ３０
７３ ４ ．１ ７３ ９ ．１ ７３ ２３ ． ７３ ２６ ．
出 机 温度 进 出 机 温 差
７． ８４
Ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓＳ ｕ ｙ ｏ ｈ ｏｉ ｇ Ｗ ａ ｅ ｙ ｔｍ ｉ ｌ ｔ ａｙ ｉ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｃｏ ｌ ｏ ｎ ｔｒ Ｓ ｓｅ
ｏ ａ ｉ ｅ Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｆＭ ｒ ｎ ｅ ｅ ｇ ｎ
Ｒ ｅ ｎ， Ｗ ａ ｇ Ｆｅ ｎ Ｌｉ ｎ ｎｇ
（ ）系统 温度 分布 ３
各 缸冷却 水进 口 、出 口温度及 进 出 口温 差对 比 情况 如表 ２和 图 ８所 示 。
表 ２ 各 缸 冷 却 水 进 出温 度 分 布 单位 ： ℃ 缸 号
ｌ
２
性不匹配 ，导致实 际工作流量过大 。
高温淡水流经各缸水 腔压力损失对 比情况 如图 ６ 。
名 称
区域
边 界类 型
边 界 条 件
ｉｌ ｎｅ ｔ
ｏｔ ｔ ｕｌ ｅ
Ｉ ｅ ｎｌｔ
—
冷却水进 口 质量流量入 口 质量流量 ＝３（ ｇｓ ） ｋ ・ ，温度 ＝ ５ ３ ３Ｋ
冷却水 出口 进水 总管 压力出 口 壁 面 边 界 条 件 压 力 ：３×１ Ｐ ０ ａ 温 度 ：３３Ｋ ５
腔流 阻特性 参数 及对 流换 热系 数 。 ２ １ １ 计 算域 几何 建模 及 网格 划分 ． ．
统 的一维仿 真计 算为 稳态传 热计 算 ，其计 算理论 基
础如 下 ：
（ ）流动 阻力方 程 １
几何建模采用 Ｐ Ｏ Ｅ Ｆ Ｒ ／ ，Ｃ Ｄ计算采用 ＦＲ ＩＥ软
Ｐ 一： Ｐ ＝ 譬
ａ ｄ ３ Ｄ Ｃ Ｄ Ｃ —ｉ ｌｔ ｎ ｗａ ａ ｒｅ ｕ ｎ ｔ ｅ ｃ ｏｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ Ｃ ｍｐ ｒ ｇｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｒ — ｎ 一 Ｆ Ｏ ｓｍｕ ａｉ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｏ ｈ ｏ ｌ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ． ｏ ａ ｎ ａ ｃ ｌｔ ｅ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｈ ｏ
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及 网格 如图 １所示 。
（） ４
１ ２ 三维 Ｃ Ｄ计算 数学模 型 ． Ｆ
（ ）质量 守恒方 程 ： １
鲤 ＋
Ｏ ｔ Ｏ ｘ
＋
砂
＋
Ｏ ｚ
： ０
（） ５
（ ）动量 守恒方 程 ： ２
ｏ ）＋ｄｖｐ ｌ （ｕ ｐ ｉ（Ｍ１ ）＝ｄｖ ｔ ｒｄ ） 塑 ｉ（ ｇａ ＊ ８ ｘ＋
（ ）质量 守恒方 程 ２ Ｑ＝ Ｍ ＝ ２２ Ａ１１ Ａ Ｍ
（） １
（） ２
件 。计 算 域为 冷 却 水流 过 的空 腔部 分 ，即 由水 套 、 气缸 套 和 缸 盖 等 组 成 的 冷 却 水 流 动 水 腔 。利 用 ＦＲ Ｉ Ｅ软件 的网格生成 模块 Ｆｍｅ 具划 分单缸 冷却 ａ 工 水 腔计算 域体 网格 。 网格 划分 时 ，对进 水管 、缸盖 冷却 水腔 等流 通面积 较 大的 区域采 用普通 的 网格 尺
ｐ ｍｐ ｎ ｔ ｅｒｆｏ ｒ ｔ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｈ ａ ｕ ｓｏ ｈ ｉ ｗ ａｅ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ．Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｎ ｗ ｏ ｌｎ ｙ ｔ ｍ ’ ｅ ・ ｌ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｃ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓｅ Ｓ ｐ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｈ ｓｂ ｅ ｂ ｉ ｕ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔａｌｏ ｅ ａ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｏ ｍａ ｃ ａ ｅ ｎ ｏ ｖｏ ｓｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ａ ｌ ｐ ｒ ｔ ｎｇ ｃ ｎ ｉｉ ｓ ｏ
将 冷却 水腔 内冷 却液 的流 动视为稳 态粘 性不 可
（ ）控制 方程 ４
＋ｄＶ ｉ（
对 壁 面进行 温度 设置 ，进 出 口边 界条件 采用 进 口流
量／ 口压力 设 置模 式 ，参数 来 自于 一 维仿 真 计 算 出
分 析结 果 。主要 边界 条件如 表 １ 。
表 １ 边界条件
Ｏｐ ） （ Ｔ
一
Ｉ Ｅ ＋（ ｄ鲁 ｄ＋ （ 压 缩湍 流 流动 ，湍 流 模 型 选 用模 型 ，采用 ＳＭＰＬ ｄｐ ｉ ｇ Ｌ ９ ｉ ＝（ｍ） ） ｖ Ｖ ｓ 算 法 。对 于壁 面设 置无 滑移 边界 ，采用 集 总参数 法
）＝ｄｖｐ
ｃｌ ｄｒ ｙｉ ｅ ｎ
水套
壁面边界条件
温度 ：３０Ｋ ７
温 度 ＝３０Ｋ ８ 温 度 ＝３５Ｋ ７
Ｈｅｄｂｔ ｍ 缸 盖水 腔 下 部 壁 面 边 界 条 件 ａ —ｏｔ ｏ Ｈ ａ— ｐ 缸 盖水 腔 上 部 壁 面 边 界 条 件 ｅｄｔ ｏ