附件C：譯文

柴油機排氣歧管的CFD-FE耦合分析

摘要：計算機仿真技術(shù)的迅速發(fā)展使人們能夠很容易的建立幾何形狀、材料性能和負載情況復(fù)雜的模型，并分析其在模擬接近實際情況的運行條件下的變形和應(yīng)力。然而跨學(xué)科多物理量分析的效率和質(zhì)量卻高度依賴于各有限元軟件、材料科學(xué)和流體動力學(xué)工程師之間專業(yè)知識的獲取與融合。瑞士的蘇爾壽公司（Sulzer Innotec）對裝有水冷系統(tǒng)的柴油發(fā)動機排氣歧管的熱應(yīng)力數(shù)值研究就是一個典型的例子。首先，為了確定具體的溫度和壓力分布，在固定的運行條件下，對排氣歧管進行三次不同冷卻液流動的計算流體力學(xué)（CFD）分析，利用計算流體力學(xué)模擬排氣歧管的流體流動和傳熱以及流體與排氣歧管之間的耦合傳熱。模擬分析得到的計算流體力學(xué)網(wǎng)格固體部分的溫度分布就是第二步中的載荷。隨后，利用單向耦合并考慮材料非線性性能的方法對排氣歧管結(jié)構(gòu)的ABAQUS有限元模型進行分析，確定其相關(guān)的變形和熱應(yīng)力，而該有限元模型包括600000個單元數(shù)量。通過蘇爾壽公司開發(fā)的算法對四面體類型的10節(jié)點單元進行溫度插值。本文主要是提出并討論整個的研究過程與結(jié)果。

關(guān)鍵詞：CFD耦合，傳熱，熱應(yīng)力

1概述
排氣歧管是柴油發(fā)動機中易破裂損壞的部件，即使是性能優(yōu)良的鑄造合金材料，在經(jīng)受相對較高的溫度時也會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力和位移。Sulzer Innotec公司為Guascor公司對一款設(shè)計有水冷卻系統(tǒng)的排氣歧管（圖1）的熱機械變形進行了一系列的計算流體力學(xué)-有限元（CFD-FE）耦合模擬計算。本文對以下三種冷卻情況進行分析：
•全流量冷卻
•部分流量冷卻（降低50%的冷卻水流）
•蒸汽流冷卻
液體流動、傳熱和熱應(yīng)力的分析在每種情況下進行單向耦合分析，其結(jié)果以溫度、應(yīng)力和位移的分布圖的形式給出。圖1中的箭頭表示組件中可能存在的危險區(qū)域，我們把研究的重點放在對該區(qū)域結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進。因此，本文對排氣歧管的結(jié)構(gòu)