文 章 主 要 通 过 Ｃ Ｄ软 件 Ａ Ｌ Ｆｒ 进 行 数 值 定 律包 括质 量守 恒定 律 、动量 守恒 定 律 以及能 量 守恒 Ｆ Ｖ —ｉ ｅ来 定 律 。 制方 程就 是这些 守恒 定律 的数 学捕述 。 控 而进行 分析 。
量级 以下 ， 即小 于 １４ ０ 。残差 定 义对 于某一类 问题 是有
用 的 ， 是这 种 要求 在 很 多 情况 下 ， 能是 不 合 适 的 。 但 可
因此 ， 好 的方法 就 是不仅 用 残差 来判 断 收敛性 ， 最 而且
ｔａ ｆｒｃ ｅ ｉ ｉｎｔｏ ｈｅ ｒ ｇｏ ｅ ｅ ｔ ｅ ｍａｏ ｄｓａ ｅ ｖ ｒ ｇ ｓｂｅ ｏ ｈｅ ｒ ｃ ｍｍｅ ｄｅ ａｕｅ ａ ｄ ｃ ｕ ｄ ｍｅ ｔｃ ｏｉ ｇ ｒ ｎｓｅ ｏ ｆ ｃｅ ｆｔ ｅ ｉｎｓｗｈ ｒ ｈ ｒ ｌｌａ ｒ ｅ ｙ ｈｉｈ ｉ ｙ ｎｄ ｔ ｅ ｏ ｎ ｄ ｖ ｌ ｎ ｏ ｌ ｅ ｏ ｌｎ
因此 必须 对水 套进行 优化 。 套 结构 的合 理设 计 ，能 够加 强对 高温 区域 的冷却 液 流 的推荐值 ， 图 ３示 原 始方 案缸 体速 度场 分 布 图 。从 速 度场 动 ， 高 散 热 能力 ， 提 降低 这 些 区域 的热 负 荷 ， 效 提 高 有
从而使得换热效果不佳 ， 因此换热系数较 叶片模 型 ，故该 水泵 模 型 只有 叶片外 和 水泵 壳体 之 间 区的水流少，
所 要 的涡形空 腔 ）缸 盖水套 、 、 缸体水 套 以及 缸垫水 孔 ， 图 １ 低 。 以从 结 构上来 说 ， 想提 高缸 盖鼻 梁 区的换热 系 如 必须 减少 流量 进气侧 的冷却液 流量 。 所示 。 该模 型包 括 ２个进 口（ 泵涡形 空腔 的进 口以及 数 ， 水
Ｋｅｏｄ ： Ｃ Ｄ；Ｃ ｏ ｎ ａｅ ｃ ｅ； ｔ ｚｔ ｎ ｙｗ ｒｓ Ｆ ｏ ｌ ｇｗ ｔｒ ａ ｋ ｔＯｐｉ ａｉ ｉ ｊ ｍｉ ｏ
在 Ｃ Ｄ（ 算 流体 动 力学 ） 基本 原 理 是通 过 数值 计 格划 分 应适 应 物 理 区域 中参 量 的变 化 情 况 ， 变 化 剧 Ｆ 计 其 算求 解控 制 流体 流 动 的微 分方 程 ，得 出流 场在 连 续 区 烈 的地 方 网格 要 划 得稠 密 些 ， 在 变 化平 缓 处 则 可 以 而
火 力面 的换热 系数 在 ６０ ０Ｗ／ｍＫ） ０ （ 以上 ， 而缸 盖鼻 梁 区的换 热系数 在 １０ （ 以上 ） ３００Ｗ／ｉＫ） ｎ 。
１ 水 泵 涡形 腔 进 口边 界采 用流 量 边界 条 件 ， 发 ） 取 动机标 定 工况下 的水 泵流量 值 １ ７Ｉｍｉ ； ４Ｊ ｎ ／
ｗａ ａ ｃ ｌｔ ｄ． ｅ ｒ ｓ ｔｎｄ ｃ ｔｈ ｔｃ ｎｖ ｃｉｎ ｈｅ ｔｔａ ｆｒｃ ｅｆｃｅ ｎ ｃ ｌｎ ｒｖ ｌｅ ｂ ｉ ｇ ｓＳ ｏ ｔ ｔｉ ｉ ｃｅ ｓ ｒ ｓｃ ｌ ｕ ａｅ Ｔｈ ｅ ｕｌｓｉ ｉａ ｅｔ ａ ｏ ｅ ｔｏ ａｒ ｎｓｅ ｏ ｆｉｉｎｔｏ ｙｉ ｄｅ ａｖ ｒｄ ｅ ｉ Ｏｌｗｈａｔ ｓｎｅ ｓａ ｙ
冷 却 水套 Ｃ Ｄ分 析 的主 要 目的是 评 估 缸 体 火 力 Ｆ 速度耦合算法选择 ＳＬ Ｐ Ｅ ＩＭ Ｌ 。设水套内部的冷却液为 不可 压缩 粘性 湍流 流 动 ， 流 模型 为 ｋ ｚｔ— 方 程 ， 湍 －ｅａｆ 使 面 以及 在缸 盖上 ２个 排气 门之间 的鼻 梁 区这些 热 负荷 一 用混 合壁 处理 描述 壁 面附近 边界 层流 体 速度 和压 力 等 较 大 的区域 的换 热 系数 是否 符合要 求 （ 般 要求 缸体 的分 布 ， 且要 求贴 近壁 面 的网格 的 ｌ值 在 １－０ 。 ｙ ＋ ２ ０ １
０ （ ， 中发挥 着重 要作 用 。随着 人们 对发 动机 小 型化 与 高 功 于 ６０ ０Ｗ／ｍＫ）满 足要 求 。但是缸 盖 鼻梁 区 的换热 ０ ０ （ Ｋ） ７ 明显小于 １０ Ｗ／ Ｋ） ｍ ３０ ０ （ ｍ 率要 求 的不 断提高 ， 发动 机 的热负荷 明显 增大 。 却 水 系数仅在 １ ０ ０Ｗ／ ２ ３ ￣ ， 冷
量 守恒 方 程 中 ， 代表 传热 系数 与 比热容 的 比值 ， 单位 为
守 恒 方 程 中单 位 为 Ｐ／ ａ ｍ，在 能 量 守 恒 方 程 中单 位 为
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ Ｄ ｎ Ｏｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｇｎ ｏｉ ｇＷ ａ ｅ ａ ｋ ｔ ｐｉ ｔ ｆＣＦ ｏ ｔ ｃ ｏ ｍｉａ ｉ ｆＥｎ ｉ ｅ Ｃｏ ｌ ｔ ｒＪ ｃ ｅ ｏ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｒｅ ｎ ｌｚ ｈ ｔｅｏ ｌ ｇ ｗ ｔ ｃ ｅ ｏｎ ｉ ｏ ｌ ｍ ｅ ｃ ｏｉ ｅ ｕｒｍ ｎ ｏ ｏ ａ３ ｕ ｅｉ ｌ ｓ ｃ ： ｎ ｏｄ ｒ ｏａ ａｙｅ ｗ ｅｈ ｒｃｏｉ ａｅ ｊ ｋ ｔ ｆ ｇｎ ｃｕｄ ｅ ｔ ｏ ｌ ｇｒｑ ｉ ｅ ｔ ｒ ｔ Ｄ ｎ ｍ ｒ ａ ｒ ｔ ｎ ｒａ ｅ ｅ ｎ ｅ ｎ ， ｃ
模 拟实 际 的流 体流 动情 况 。运用 Ｃ Ｄ技术 分析 发动 机 的角 度 来 看 ， 网格 线 应 尽 量 与 物 理 区域 的 边 界 线 正 Ｆ 以利 于边 界 值 的计 算 ， 能 防 止 网格 畸变 ， 且 提高 计 冷 却水 套 的冷却 能 力 ，能够 找 出影 响发 动机 冷却 水 套 交 ， 性 能 的主要 因素 ， 而 在理论 上 指导设 计 并进 行 优化 ， 算 精度 。 进 有效 地缩 短 了研发 周期 ， 并节 约 了研 发成 本Ｉ ” 。
摘要 ： 了分析 冷却水套能否满足发动机 的散 热需求 ， 为 文章通过 Ｃ Ｄ软件 Ａ Ｌ Ｆｒ Ｆ Ｖ —ｉ ｅ对其进行 了三维数值模拟 ， 到 了 得 水套流场 的对流换 热 系数 ， 中缸 盖鼻梁 区的换 热 系数过低 ， 其 需要 对水套来优化设 计。对 方案优 化后再 次进行 了分 析， 结果表 明 ， 优化后的水套在热 负荷较 大的 区域 的对流换 热 系数均超过推荐值 ， 能够很好的满足散 热要 求。 关键词 ： Ｆ 冷却水套 ； Ｃ Ｄ； 优化
对 于 冷却水 套 的 Ｃ Ｄ分析 ， Ｆ 一般 采 用 的求 解 参数
为 ：迎 风离散 格式 、 阶 隐式 格式 离散 时 间项 及压 力 与 ２２ 原 始方 案 Ｃ Ｄ 分析 １ ． Ｆ
ｓｍｕａｉｎｈ ｓｂ ｅ ｏ ｄ ｃｅ ｎｔｅｊｅ ｅ ｙｕ ｉｇｔｅｓｆ ａｅｏ Ｆ — ＡＶＬ Ｆｒ． ｈ ｏ ｖ ｃｉｎｈ ａｒｎ ｆｒｃ ｅ ｉｉｎ ｉ ｌｔ ａｅ ｎｃ ｎ ｕ ｔｄｏ ｈ ａ ｋ ｔｂ ｓ ｈ ｏ ｗ ｒｆＣ Ｄ — ｏ ｎ ｔ — ｉ Ｔ ｅｃｎ ｅ ｔ ｅｔｔ ｓｅｏ ｆ ｃｅ ｔ ｅ ｏ ａ
域 上 的离散 分布 ， 而近 似模 拟流 体流 动 的实 际情 况 。 适 当地 稀疏 一些 。这样 ， 从 可在 同等 计 算精 度 的前 提下 ， 简 单地说 ，Ｆ Ｃ Ｄ相 当于虚拟 地 在计算 机 上做 实验 ， 以 减 少 网格数 ， 短计 算 时 间 。另外 ， 用 缩 从边 界条 件 离散 化
ｔ ｏｔ ｚ ｅ ａｋ ｔＡ ｄｔｅ ｅｍ ｄｆ ｄ ａｋｔ ａｅｎ ａａ ｚｄａａ ． ｈ ｓｒｓｌ ｄｃｔ ａ ｔｅｃｎｅｔ ｎｈ ａ ｏ ｐ ｍｉ ｔ ｃ ｅ ｎ ｎｔ ｏｉｅ ｃ ｅｈ ｓ ｅ ｎｌ ｅｇｉ Ｔ ｅｌ ｔ ｅｕｔｉ ｉａ ｄｔ ｔｈｏｖｃｉ ｅｔ ｉ ｅｈｊ ． ｈ ｈ ｉ ｊ ｂ ｙ ｎ ａ ｓｎ ｅ ｈ ｏ
模 拟计算 ， 际上 就是求 解控 制方 程 的过 程 。 制方 程 实 控
划 分 网 格 的 目的实 际上 是 对 计 算 区域 进 行 离 散 的通用 形式 可表示 为 ：
响 。一 般一 个 Ｃ Ｄ Ｔ程 师进 行一 次 Ｃ Ｄ分析 ， 分 网 Ｆ Ｆ 划
的分布来 看 ， 冷却 液 从进 水 口进入 水套 后 ， 向进 气侧 流 的水 流 明显 多 于流 向排气 侧 的水 流 ，导致 冷却 液 从排
整个 冷 却水套 模 型包 括水 泵 （ 由于 厂家 无法 提供 气侧 缸体 进 入缸 盖 的水 流量较 小 ，进 而导 致 缸盖 鼻 梁
从 油冷 器流 出进 入水 套 的进 口 ） ２个 出 口（ 水 口以 和
。 通 用 变 量 ， 可 以代 表 速 度 （ ／）也 可 以 及 流 向暖风 的出 口） 既 ｍｓ ，
代 表温 度等 ； 厂 ＿ 广 义扩 散 系数 ，在 质 量 守 恒 方 程 中 为 ０ ，
在 动量 守 恒 方 程 中代 表 动 力 粘 度 ， 位 为 Ｐ ・ ， 能 单 ａ Ｓ在
２ ）从 油 冷 器 流 进 入 缸 体 水 套 的进 口也 采 用 流
量边 界条 件 ， 量为 ２ ． Ｌｍｉ； 流 ２５ ／ ｎ ３ 从 水泵后 流出进入 油冷器 的流 量为 ２ ． Ｌｍ ｎ ） ２ ／ ｉ ； ５
