(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111410897.1 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 江铃汽车股份有限公司 地址 330001 江西省南昌市青云谱区迎宾 北大道509号 (72)发明人 曾小春　魏涛　骆旭薇　袁晓军　 邹萍萍　 (74)专利代理 机构 南昌青远专利代理事务所 (普通合伙) 36123 代理人 唐棉棉 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场 分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种考虑冷却液沸腾换热的发 动机温度场分析方法， 包括以下步骤： 建立发动 机温度场分析网格模型； 各零件设置材料属性并 建立连接关系； 提取与水侧及气侧接触部分的结 构表面网格； 映射燃烧分析边界； 映射水套CFD边 界； 进行温度场计算分析； 对计算结果进行处理 获取水套壁面参数； 评估分析结果并判断是否满 足设计要求， 若不满足设计要求则优化水套冷却 性能， 重新进行温度场分析。 本发明方法在进行 发动机温度场分析时考虑了发动机水套的沸腾 换热作用， 相较于传统分析方法， 能够更为真实 的反映缸体缸盖等零部件的工作温度， 并判断是 否存在膜态沸腾， 使设计人员在发动机早期设计 过程中即可规避冷却液膜态沸腾导致缸体缸盖 烧蚀的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114201827 A 2022.03.18 CN 114201827 A 1.一种考虑冷却液沸腾换 热的发动机温度场分析 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1.获取发动机数模及装配参数， 并将数模离散化建立发动机温度场分析网格模 型； 步骤S2.根据发动机各零件的设计要求， 在建立的发动机温度场分析网格模型中设置 各零件的材 料属性， 并建立各零件间的连接关系； 步骤S3.提取模型中发动机燃烧室与气体接触的结构表面网格和缸体缸盖水套结构表 面网格； 步骤S4.对步骤S3中燃烧室与气体接触的结构表面网格进行燃烧CFD分析， 得到燃烧气 体的温度及换 热系数； 步骤S5.对步骤S3中缸体缸盖水套结构表面网格进行水套CFD分析， 得到流体壁面单元 的流速、 换 热系数、 湍动能、 温度和压力数据； 步骤S6.以步骤S4和步骤S5的CFD 分析结果作 为温度场分析的边界， 进行发动 机温度场 计算分析； 步骤S7.对步骤S6中的温度场分析结果进行处理， 得到发动机各结构件在工作过程中 的最高温度， 以及缸体缸盖水套壁面的对流换热系 数、 沸腾换热系 数和离开锅点的温度距 离； 步骤S8.根据步骤S7中的分析处理结果判断发动机是否满足设计要求， 如果满足设计 要求则分析 结束， 若不满足设计要求则优化水套冷却性能， 重新进行温度场分析。 2.根据权利要求1所述一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场分析方法， 其特征在 于， 步骤S1中获取的发动机数模及装配参数包括： 缸盖、 缸体、 气缸垫、 主盖螺栓、 缸盖螺栓、 主轴承盖、 进排气门、 进排气门座圈和进排气门导管的数模及装配参数。 3.根据权利要求1所述一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场分析方法， 其特征在 于， 步骤S2中所述在建立的发动机温度场分析网格模型中设置各零件的材料属性， 所述材 料属性包括弹性模量、 泊松比、 密度、 热导 率、 比热容和热膨胀系数。 4.根据权利要求1所述一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场分析方法， 其特征在 于， 步骤S 3中发动机燃烧室与气体接触的结构包括缸盖、 进排气门、 进排气门座圈和气门导 管。 5.根据权利要求1所述一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场分析方法， 其特征在 于， 步骤S6中以步骤S4和步骤S 5的CFD分析结果作为温度场分析的边界， 所述 温度场分析的 边界具体是： 以燃烧室与气体接触的结构表面网格的燃烧CFD分析结果为温度场分析 的热 边界， 以缸体缸盖水套结构表面网格的水套CFD分析 结果为温度场分析的散热边界。 6.根据权利要求1所述一种考虑冷却液沸腾换热的发动机温度场分析方法， 其特征在 于， 步骤S8中所述根据步骤S7中的分析处理结果判断发动机是否满足设计要求， 所述设计 要求包括： 发动机结构件在工作状态下 的最高温度不超过该结构件材料本身的设计温度； 发动机水套壁 面结构离开锅点的温度距离大于20℃。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114201827 A 2一种考虑冷却液沸腾 换热的发动机温度场分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及发动机仿真分析技术领域， 具体涉及 一种考虑冷却液沸腾换热的发动 机温度场分析 方法。 背景技术 [0002]发动机在工作过程中燃烧放热使发动机零部件 温度升高， 需要缸体缸盖中冷却液 的循环冷却作用来降低发动机零件的温度， 随着发动机排放升级， 爆 压提高， 发动机温度也 逐步升高， 燃烧放热使得缸盖越来越接近材料所能承受的温度极限， 导致水套冷却液 的开 锅风险也越来越高。 [0003]冷却液核状沸腾会在水套壁面产生水泡， 能够增加水套壁面的换热系数， 加快水 套散热， 膜态沸腾时冷却液会变成水汽附着在水套金属 壁面， 阻止冷却液与水套金属 直接 接触， 降低水套壁 面的换热系数， 导 致金属热量无法扩散出去导 致烧蚀。 [0004]现有发动机温度场分析， 大多以燃烧CFD分析气体温度及换热系数作为热边界， 水 套CFD分析冷却液的温度及换热系数作为冷边界， 分析时只考虑水套对流换热的冷却作用， 没有考虑冷却液沸腾换 热且不评估冷却液的沸腾风险。 发明内容 [0005]本发明的目的在于克服现有技术中的不足， 提供一种考虑冷却液沸腾换热的发动 机温度场分析方法， 能够在发动机温度场分析过程中考虑水套沸腾换热 的影响， 准确评估 缸盖温度， 避免零件温度过高导致零件失效， 同时可以评估冷却液膜态沸腾风险， 避免因冷 却液沸腾导 致缸盖失效。 [0006]为实现上述目的， 本发明采用如下技 术方案： 一种考虑冷却液沸腾换 热的发动机温度场分析 方法， 包括如下步骤： 步骤S1.获取发动机数模及装配参数， 并将数模离散化建立发动机温度场分析网 格模型； 步骤S2.根据发动机各零件的设计要求， 在建立的发动机温度场分析网格模型中 设置各零件的材 料属性， 并建立各零件间的连接关系； 步骤S3.提取模型中发动机燃烧室与气体接触的结构表面网格和缸体缸盖水套结 构表面网格； 步骤S4.对步骤S3中燃烧室与气体接触的结构表面网格进行燃烧CFD分析， 得到燃 烧气体的温度及换 热系数； 步骤S5.对步骤S3中缸体缸盖水套结构表面网格进行水套CFD分析， 得到流体壁面 单元的流速、 换 热系数、 湍动能、 温度和压力数据； 步骤S6.以步骤S 4和步骤S5的CFD分析结果作为温度场分析的边界， 进行发动机温 度场计算分析； 步骤S7.对步骤S6中的温度场分析结果进行处理， 得到发动机各结构件在工作过说　明　书 1/4 页 3 CN 114201827 A 3