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柴油机冷却系统中冷却介质的三维流动直接影响柴油机的冷却效率、高温零件的热负荷、柴油机的热量分配和能量利用，尤其对高强化多缸柴油机，还影响到各缸冷却的均匀性，这不仅关系到柴油机的动力性和经济性，而且关系到柴油机的可靠性和耐久性，一直都是设计者关注的焦点问题。在柴油机冷却系统流动的研究中有试验和数值模拟两种方式，但是由于多缸柴油机冷却系统结构复杂，且被完全封闭在机体内部，冷却介质流动机理也十分复杂，这使得冷却液腔内的三维流动与传热实验研究异常难做，而且实验也得不到三维流动的详细信息。近年来，随着计算机和计算流体力学(CFD)的发展，柴油机冷却系统的三维流动数值模拟已经到了广泛应用，特别是在对柴油机冷却系统进行优化设计时，三维数值模拟更为有利。为此，本文利用大型通用CFD软件STAR-CD对CA6DE系列柴油机冷却系统进行优化设计，并利用实验验证数值模拟方法的有效性和准确性。在对原机冷却系统流动与传热模拟研究中。几何模型包含了整个冷却系统(缸体水套、缸盖水套、油冷器水套等)，这样能充分反映出整个冷却系统的性能。计算网格采用非连续的、完全非结构化的网格，对于壁面附近采用边界层网格处理，这样网格既能很好地适应冷却系统复杂的几何表面，又进一步保证网格质量，另外利用局部加密技术对重点区域进行处理使网格更加完善。热边界条件，通过已有的气缸盖—活塞组—气缸套耦合传热数值模拟软件，计算出缸盖、缸体、活塞的温度分布，从而较准确的给出壁面温度。通过CFD模拟计算可以得到各缸冷却水流量分配、整体和局部流场、压力场分布，同时可以给出壁面换热系数的分布，以及对整个冷却系统的设计效果进行评价。经过原机三维数值模拟研究，找到其设计缺陷，并提出改进方案，同时对改进后结构进行三维建模和数值模拟。结果表明，改进后结构缸体各缸冷却更为均匀；缸盖三角区流动速度得到极大提高且较为均匀；缸体水套底部死区消失，杜绝了形成蒸汽气囊的可能性，上部流场速度大幅度增加，满足了设计要求，并形成了周向流动。由此可见，利用三维数值模拟研究方法对多缸柴油机冷却系统进行研究，可以很好地支持改进设计，进一步说明改进设计方案的有效性，同时还可以发现改进设计后存在的问题。最后，利用实验验证三维数值模拟计算结果的有效性。实验可以是直接测量计算所体现的结果，也可以是计算所体现的趋势。一般来说直接测量CFD的计算结果是非常困难的，计算结果是个绝对值且精准的数据，但测量结果往往比较宏观。所以正常情况下把注意力集中在趋势的比较中。将三维数值模拟方法应用到多缸柴油机冷却系统的优化设计中，可以对整体改进设计效果进行评定，使柴油机结构参数和性能参数达到优化，将把柴油机的设计方法和理论研究带入一个新的发展阶段。