摘 要

发动机冷却系统是发动机最重要的系统之一，是发动机运行的稳定性和可靠性的重要保证。此外冷却系统带走的热量约等于发动机燃料实际放热量的四分之一到三分之一左右。冷却系统不正常工作，导致发动机输出的有效功率下降，经济性变坏，使用寿命减少。通过对发动机冷却系统的工作过程进行仿真模拟，对冷却系统工作过程以及影响因素进行分析，对于优化发动机冷却系统有积极作用。

本篇论文主要进行了如下研究：

（1）发动机冷却系统模型的建立。根据发动机冷却系统的结构及工作过程，提出简化分析发动机冷却系统的若干假定，在此基础上运用flowmaster软件建立发动机冷却系统的模型。

（2）冷却系统工作过程的数值模拟。在已经建立的模型上输入边界条件，利用flowmaster软件计算出冷却系统工作过程中各个部件、节点的温度及压力变化情况。

（3）冷却系统可能出现故障的模拟。在建立好的模型上修改部分边界条件，模拟冷却系统各种常见故障，同时计算出各种故障对冷却系统的影响。

（4）冷却系统影响因素的分析。有针对性的改变冷却系统参数，结合冷却系统的工作过程和工作效果，分析参数对冷却系统的影响。

关键词：冷却系统；flowmaster；建模；故障模拟；优化

Abstract

The engine cooling system is one of the most important systems of the engine， and is an important guarantee for the stability and reliability of the engine operation. In addition， the heat dissipation of the cooling system is about one-quarter to one-third of the actual amount of heat emitted by the engine fuel. The cooling system is not working properly， resulting in an effective power drop in the engine output， reduced economy， and reduced service life. So the simulation of the engine cooling system simulation process， the possible failure for the optimization of the engine cooling system has a positive effect.

This paper mainly carried out the following research:

(1) to establish the engine cooling system model. According to the structure and working process of the engine cooling system， some assumptions on the analysis of the engine cooling system are put forward. Based on the flowmaster software， the model of the engine cooling system is established.

 (2) simulated the cooling system work process. In the model has been established on the input boundary conditions， the use of flowmaster software to calculate the cooling process of the various components， the node temperature and pressure changes.

(3) simulates the possible failure of the cooling system. In the establishment of a good model to modify part of the boundary conditions， simulate a variety of common cooling system failure， and calculate the impact of various failures on the cooling system.

(4) to optimize the cooling system. Through the simulation calculation and the fault simulation， combined with the working process and working effect of the cooling system， the optimization suggestions are put forward.

Key Words： Cooling system; flowmaster; modeling; fault simulation; optimization

目录

第一章 绪论 1

1.1研究课题的目的及意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.2.1冷却系统零部件研究 2

1.2.2冷却系统控制研究 3

1.3基本内容和技术方案 4

1.3.1基本内容 4

1.3.2技术方案 5

第二章 发动机冷却系统建模 6

2.1基于集总参数法的冷却系统建模 6

2.2仿真计算边界条件 7

2.2.1系统参数 7

2.2.2元件参数 7

2.3基于flowmaster的冷却系统建模 10

2.4仿真计算结果分析 12

2.5本章小结 17

第三章 冷却系统故障模拟和数值分析 18

3.1发动机常见故障模拟 18

3.1.1节温器 18

3.1.2发动机过热 19

3.1.3水泵故障 21

3.1.4管道堵塞 22

3.2本章小节 23

第四章 发动机冷却系统影响因素 24

4.1节温器参数 24

4.1.1节温器时间常数的影响分析 24

4.1.2节温器时间常数优化 25

4.2散热器参数 26

4.2.1散热器的热效率影响分析 26

4.2.2散热器的热效率优化 26

4.3水泵参数 27

4.3.1水泵的流量影响分析 27

4.3.2水泵流量的优化 28

4.4迎面风的影响 28

4.5本章小节 29

第五章 总结与展望 30

5.1全文总结 30

5.2未来工作展望 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

1.1研究课题的目的及意义

车用发动及重要组成部分就是冷却系统，冷却系统能够保障发动机在各种运行工况和工作环境中稳定性和可靠性，改善发动机的工作状况，提升发动机的动力性和经济性。由于车用发动机使用工况非常复杂，必须对冷却系统进行合理控制以使冷却系统带走的热量始终处于最佳范围，保证发动机既不会由于过热而工作不可靠，也不会因为过冷而影响燃料燃烧，降低发动机经济性和动力性。随着发动机的功率不断增大，冷却系统承担的热负荷也随之增大，对冷却系统的散热能力和工作效率也提出了更高的要求。除此之外，日趋严苛的排放法规也让冷却系统面临更高的标准，因为发动机的燃烧状况和工作效率都受冷却系统的直接影响。党的十八届五中全会把绿色发展理念纳入“十三五”规划的五大发展理念之一。巴黎气候大会开幕式上习近平指出面向未来，中国将把生态文明建设作为“十三五”规划重要内容，落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，通过科技创新和体制机制创新，实施优化产业结构、构建低碳能源体系、发展绿色建筑和低碳交通、建立全国碳排放交易市场等一系列政策措施，形成人和自然和谐发展现代化建设新格局。

发动机冷却系统能够将发动机工作时产生的热量及时排出，保证发动机在合适的温度下运行。因此，冷却系统设计工作至关重要。传统的冷却系统设计主要以经验和参照设计为主，设计方法相对落后。现代发动机冷却系统设计需充分考虑各工况下各关键零部件和参数的优化匹配，采用系统模块化设计方法，统筹考虑各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。随着计算机技术的高速发展和数量众多的流体数值模拟软件的出现，快速准确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改变。

1.2国内外研究现状分析

现如今发动机的效率受到卡诺循环限制较难提升，因此不断完善和优化冷却系统已经成为提高发动机性能和工作效率的有效手段，总的来说对于如何优化冷却系统分为两个方面，其一：对发动机冷却系统的零部件进行研究。包括对智能节温器，电控风扇，电控水泵等零部件的优化研究；其二：对冷却系统的控制策略进行研究。在发动机冷却系统零部件不变的情况下，优化冷却系统控制策略加快冷却系统反应速度和工作效率。