干货|GT-SUITE发动机机体三维温度场分析
1．项目背景及意义
目前，在进行发动机机体的温度场/热应力计算过程中涉及多个软件、流程较长，为了有效提高效率及精度可以充分利用GT-SUITE软件进行相关分析。可以直接在现在性能计算的基础上，导入发动机机体的几何与并考虑冷却、润滑、环境对机体温度的影响，并与发动机性能模型进行耦合分析，得出更细化的发动机机体的热的边界条件而导入结构软件中进行热应力计算，而提高效率与准确性。
2.技术方案
2.1 建立发动机性能模型
根据实际的几可结构，建立起发动机的GT-POWER模型。在进行必要的标定满足工程需求后，为发动机机体提供准确的气体边界。
图1 发动机的GT-POWER模型
2.2 导入发动机机体建立机体有限元模型
为了准确计算发动机机体的温度分布，直接导入发动机机体的详细3D几何到GT-SUITE的前处理软件GT-SPACECLAIM和GEM3D中，并在区分出水套、固体等，如2图所示。
图2 导入机体几何
对水套进行离散，考虑不同气缸之间的水套的流量分配与压力分布，并定义水套与固体的热交换边界。如图3所示，进行划分水套的分析。
图3 水套的离散
在GEM3D可以定义机体与外界环境的换热边界。如图4所示。
图4 缸盖与环境换热边界
在GEM3D中还可以考虑机体与润滑油的换热边界。如图5所示。
图5 机体与润滑油的换热边界
在GEM3D中能自动定义水套与机体的换热边界。如图6所示。
图6 水套与机体的换热边界
在GEM3D工具中导入发动机的几何数据，并进行在GEM3D中进行有限无处理。图7所示的结果。
图7 机体有限结构处理
对于细节部份，可以分别定义固体不同的传热面边界。如图8所示。
图8 活塞和缸体的详细几何与有限元划分
在水套的模型校核后，建立起水套与固体的耦合模型，如图9所示。
图9 流体与固体的耦合模型
2.3 发动机性能模型与机体有限元模型联合仿真
把图9生成的耦合模型与GT-POWER的性能模型直接耦合，可以得出指定工况下发动机机体的温度场分布结果。如图10所示。
图10机体有限元温度分布
3 总结
本文件介绍利用GT-SUITE软件，在发动机性能的基础上，导入发动机机体的三维数模，并考虑水套、润滑油和环境对机体传热的影响。在此综合考虑的基础上，对发动机机体的三维温度场进行分析，减少机体热应力分析流程，提高分析效率。
