flowmaster进行发动机散热冷却系统的模拟分析

下载后可任意编辑 1．概述3 1．1 仿真目的3 1．2 系统概述3 1．3 仿真要求3 2．冷却系统原理4 3．冷却系统模型6 3．1 Flowmaster建模过程6 3．1．1 建模的原则6 3．1．2 复杂系统的建模6 3．1．3 建模、分析过程6 3．2 理论基础10 flowmaster进行发动机散热冷却系统的模拟分析.doc 3．2．1 流动阻力方程10 3．2．2 质量守恒方程10 3．2．3 压力损失方程10 3．2．4 换热方程11 3．2．5 整体求解11 3．3 建模过程12 3．3．1 发动机本体的建模13 3．3．2 温度控制阀的建模17 3．3．3 水泵的建模19 3．3．4 换热器的建模21 3．3．5 水箱的建模23 3．3．6 管道、弯头、三通等部件的建模25 3．3．7 阀门的建模27 3．3．8 过滤器的建模28 3．3．9 边界条件的处理28 3．4 主要参数29 4．分析结果31 4．1 压力分布31 4．2 流量分布33 4．3 温度分布35 4．4 与实验结果对比38 4．5 需进一步展开的工作38 XXX部门编制 20XX年XX月XX日 5．结论40 附录一常用材料的发射率41 附录二元件参数42 1． 发动机水套参数42 2． 水泵参数42 3． 换热器参数43 4． 阀门（含温控阀）参数44 5． 管道参数44 6． 损失元件参数45 7． 边界条件参数45 附录二 仿真结果46 1．冷却系统压力分布46 2．冷却系统温度分布47 3．冷却系统流量分布48 下载后可任意编辑 1．概述 1．1 仿真目的 针对某发动机，采纳Flowmaster软件进行冷却系统的仿真计算，得出系统热负荷情况，详细分析整个冷却系统中压力、流量及温度的分布情况，从而为冷却系统的优化设计提供理论依据。 1．2 系统概述 某柴油机为中型船舶用推动动力发动机，直列6缸，功率约2500kW。 1．3 仿真要求 利用Flowmaster仿真软件，建立6缸柴油机冷却系统的仿真模型，模型应能够满足对整个流体系统进行分析的要求； 依据提供的柴油机运转工况和其他必要的参数，利用Flowmaster对一款柴油机冷却系统进行仿真分析，并对冷却系统的流量分配及压力、温度分布等进行分析和评估； 提交柴油机冷却系统的仿真分析流程和元件模型特点和应用方法、模型选择和组合应用的基本原则及仿真分析过程参数设置的方法等说明文档； 提供柴油机冷却系统瞬态分析建模和参数分析方法，以及一维、三维和多学科优化软件的耦合分析的方法说明，并提供一个应用示例； 仿真分析软件采纳Flowmaster V6.5版本； 提交的仿真分析等报告的格式和内容需满足甲方的要求。 下载后可任意编辑 2．冷却系统原理 发动机的冷却系统对发动机平稳工作非常重要，冷却系统可以保证缸头和机体的温度维持在一定范围内，一旦温度过高，可能会导致拉缸，同理，假如温度过低，会使润滑油粘度增加，发动机运动构件的摩擦阻力增加，发动机有效功降低。只有温度在一个比较合适的范围内时，发动机才能平稳地、高效地运转。 不同的发动机，冷却系统的构成可能会有所不同，但基本原理是相同的，冷却系统的基本工作原理为冷却水泵将循环冷却水压入发动机内，冷却水经过发动机冷却水套，吸收热量，温度上升，然后冷却水流出机体，进入换热器，与另一路流体在此进行热交换，温度降低，流回冷却水泵，再次被压入发动机水套。冷却水就是这样不断地循环，不断地进行吸热、放热的过程，使发动机维持恒定温度的。要使发动机工作在合适的温度下，必须对冷却水在机体外部的散热量进行控制，因此，在发动机出口设置温度控制调节阀。它的入口只有一个通道，而出口有两个通道，出口的一个通道通往换热器，称为大循环；另一路通道则不经过换热器，而是直接通往冷却水泵入口，称为小循环。温度控制调节阀通过调节流过两条支路的流量，来保证水泵入口的温度，从而使发动机维持在工作温度。 由于船舶一直行驶在水中，因此对于船舶发动机冷却系统来说，利用外部水源非常方便。但是，外部水源的水质不满足发动机冷却水水质的要求，所以，船舶发动机的冷却系统设置成多级冷却。如图2-1所示，为某六缸发动机的冷却系统原理图。整个冷却系统分为高温回路、低温回路与海水支路三个系统。其中高温淡水与低温淡水系统为闭式循环，而海水系统为开式系统。 图2-1冷却系统原理图 注图中粗实线为柴油机内部管道系统测量装置；细实线为动力装置管系；点划线为海水管系。表2-1为冷却系统原理图中相应部件的名称。 直接与发动机换热的冷却水称为高温系统。高温系统中，气缸两侧分别有进、出水总管，总管连接，冷却水能够通了各气缸水套过总管分别进入各缸进行换热。冷却水流出发动机后经温控阀FR1后，一部分经小循环流回循环水泵入口，一部分经过高温淡水换热器FH1，再流至循环水泵入口，两部分水进入循环水泵前混合，经循环水泵后，被压入增压空气中间冷却器高温级换热器CH1，吸收增压空气的热量后，进入发动机冷却水套中。 不直接与发动机水套进行换热的淡水系统称为低温系统。低温系统中的冷却水经由水泵压出，进入增压空气中间冷却器低温级换热器CH2，吸热后温度上升，再流入润滑油冷却器LH1，温度再次升高，而后流入低温淡水换热器FH2进行换热，释放热量，温度降低，又回到低温淡水泵FP2，再次被加压压入增压空气中间冷却器低温级CH2。 对于海水系统，为一开式系统。海水经由海水阀ST1后，被吸入系统，经过滤器SF1后，被海水泵SP1加压，依次压入低温淡水换热器FH2与高温淡水换热器FH1，然后再流回大海。 表2-1冷却系统设备名称 编号 设备名称 编号 设备名称 CH1 空气冷却器高温部分 FT2 膨胀水箱低温 CH2 空气冷却器低温部分 SF1 海水过滤器 CR1 增压空气温度控制阀 SP1 海水泵 CR3 增压空气温度控制阀用传感器 SP2 海水备用泵 FH1 淡水冷却器高温 ST1 海水阀 FH2 淡水冷却器低温 TC1 增压器 FH3 淡水预热器 LH1 滑油冷却器 FP1 淡水泵高温 PI 压力表 FP2 淡水泵低温 PSL 压力低开关 FP5 淡水备用泵高温 PT 压力传感器 FP6 淡水备用泵低温 TI 温度表 FP7 预热泵 TSH 温度高开关 FR1 温度控制阀高温 TT 温度传感器 FR2 温度控制阀低温 LI 液位计 FT1 膨胀水箱高温 LSL 液位低开关 下载后可任意编辑 3．冷却系统模型 3．1 Flowmaster建模过程 3．1．1 建模的原则 （1）所建模型要能够真实地反映出实际系统的特点和行为； （2）依据部件类型，在元件库中选择最合适的部件来建立模型，且部件