基于CFD分析的散热器百叶窗应用模型研究
发布时间：2022-01-20 20:42
随着现代工业的发展,工程车辆发挥着愈来愈广泛的作用,节能减排已经成为当今的重要课题。工程车辆工作环境复杂、情况恶劣,尤其是在高寒地区同样需要保持发动机在适宜的温度内工作,散热器作为工程车辆散热系统中重要组成部分,需要保证车内各系统在寒冷条件下迅速启动和实现节能减排。在散热器装有百叶窗可以有效的解决寒冷地区条件下工程车辆冷启动问题,因此以国内某工程机械散热器为研究对象,采用计算流体力学（CFD）对冷却风扇、散热器进行仿真分析,验证仿真结果准确性,在此基础上,研究传统冷却模块的散热性能与散热器百叶窗的散热性能,推导并建立散热器百叶窗应用模型。首先,介绍数值模拟仿真过程中用到的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,选择热交换模型、湍流模型,以平地机冷却风扇和散热器的图纸为依据建立模拟仿真模型,采用CFD研究置于风道内的冷却风扇和散热器,将仿真数据和试验结果进行比较,误差值均在5%以内,检验了CFD数值模拟仿真的准确性。其次,对传统冷却模块进行仿真分析,采用Gambit进行网格划分和边界条件的设置,CFD进行数值模拟仿真,通过仿真得到传统冷却模块的散热性能。进一步对散热器百叶窗模型进行研究...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷却风扇模型
华北理工大学硕士学位论文-12-结合国内某款平地机冷却风扇，依据厂商提供的图纸，建立冷却风扇三维物理模型如图1所示，冷却风扇叶片在轮毂之间安装有固定装置，因为风扇旋转过程中轮毂的作用对性能影响很小，因此模型创建过程中可以把轮毂进行简化，采用圆柱体代替实际的风扇轮毂，简化后可降低网格数量，加快数值仿真速度，冷却风扇为无弯掠8叶片风扇，直径为840mm。建立冷却风扇风道的三维物理模型，风扇转速设置为2000r/min，将冷却风扇当量直径的四倍设置为进口风道的长度，其直径的六倍设置为出口风道长度，由于风道进出口是圆形截面，认为冷却风扇当量直径与风道直径大约相等，在出口风道二到四倍冷却风扇当量直径处创建整流栅，进口风道、出口风道长度的设置参考文献[35]，冷却风扇风道三维模型如图2所示。图1冷却风扇模型Fig.1Coolingfanmodel图2冷却风扇风道三维模型Fig.23Dmodelofcoolingfanduct根据国内某款平地机几何参数对散热器进行简化，建立冷却模块三维物理模型。2.3几何模型
第2章基于CFD模拟的数值模型表征-13-因为工程车辆散热器内部结构比较复杂，如不进行简化，会使散热器模型离散更加困难。该冷却模块共包含冷却风扇、导风罩、四种散热器，四种散热器从上到下依次为中冷器、变矩油散热器、液压油散热器、冷却液散热器，如图3所示：图3冷却模块三维模型Fig.33Dmodelofcoolingmodule2.4风扇的预处理与表征冷却风扇的旋转流动具有周期性变化的特性，并且在几何形状上是轴对称的。因此，在数值上模拟单个风扇时可以采用MRF法进行模型简化计算，这可以大大减少计算范围并节省计算资源。而且，可以获得更高的计算精度，并且可以获得不同风扇叶片的一系列风扇的流动特性，使风扇性能的研究更加的便捷高效[36]。MRF模型是一个常数计算模型，该模型假定网格元素匀速运动，同时该方法适用于网格区域边界上各点的相对运动基本相同的问题，也可以使用MRF模型来计算大多数时间平均流量。特别地，当移动网格区域和固定网格区域之间的相互作用较弱时，可用MRF模型计算，例如搅拌器、泵和风扇中的流场计算等，MRF模型可以把非定常问题转化为定常问题计算。仿真过程中需要对冷却风扇的参数进行设定，冷却风扇叶片设置为移动壁面，其具体旋转参数包含旋转方向、旋转速度以及旋转中心，风扇外部的旋转域与冷却风扇保持同步旋转，模型中的旋转域为虚拟区域，并不真实存在。
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动压路机冷却风扇的位置优化试验[J]. 刘洁,牛春亮,夏磐夫. 筑路机械与施工机械化. 2017(04)
[2]工程车辆翼型热管式散热器性能研究[J]. 刘佳鑫,秦四成,蒋炎坤,何书默. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]工程机械百叶窗翅片式散热器的多目标优化设计[J]. 张银亮,蔡惠坤,沈超. 中国工程机械学报. 2016(06)
[4]基于CFD与ε-NTU法的工程车辆散热性能预估[J]. 刘佳鑫,蒋炎坤,秦四成,刘成强. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(08)
[5]冷却风扇“拍振”影响车内噪声的试验研究[J]. 姚运仕,马芳武,冯忠绪,郭子玉. 郑州大学学报(工学版). 2013(04)
[6]车用散热器百叶窗布置方式的数值模拟与分析[J]. 朱家玲,李晓光,张伟. 天津大学学报. 2013(03)
[7]基于CFD分析的散热器结构优化[J]. 田杰安,李世伟,闫伟,王桂华. 内燃机与动力装置. 2012(04)
[8]百叶窗翅片车辆散热器性能研究[J]. 董其伍,王丹,刘敏珊. 机械设计与制造. 2012(01)
[9]汽车发动机舱散热的数值仿真分析[J]. 袁侠义,谷正气,杨易,袁志群,姜乐华,苏伟. 汽车工程. 2009(09)
[10]基于Fluent二次开发的散热器芯部外形参数化建模[J]. 李贺佳,毕小平,黄小辉,索文超. 车辆与动力技术. 2008(01)
博士论文
[1]工程机械散热模块传热性能研究[D]. 刘佳鑫.吉林大学 2013
[2]ZL50型装载机动力舱空气流动与换热分析[D]. 王飞.吉林大学 2010
[3]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]商用车散热器与中冷器传热与阻力性能研究[D]. 杨宗豪.华中科技大学 2016
[2]发动机冷却风扇气动性能的CFD分析与仿真流程优化[D]. 万星荣.华南理工大学 2013
[3]工程车辆冷却风扇流体特性研究[D]. 习羽.吉林大学 2013
[4]工程车辆波纹翅片散热器特性分析与应用研究[D]. 徐振元.吉林大学 2012
本文编号：3599487
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷却风扇模型
华北理工大学硕士学位论文-12-结合国内某款平地机冷却风扇，依据厂商提供的图纸，建立冷却风扇三维物理模型如图1所示，冷却风扇叶片在轮毂之间安装有固定装置，因为风扇旋转过程中轮毂的作用对性能影响很小，因此模型创建过程中可以把轮毂进行简化，采用圆柱体代替实际的风扇轮毂，简化后可降低网格数量，加快数值仿真速度，冷却风扇为无弯掠8叶片风扇，直径为840mm。建立冷却风扇风道的三维物理模型，风扇转速设置为2000r/min，将冷却风扇当量直径的四倍设置为进口风道的长度，其直径的六倍设置为出口风道长度，由于风道进出口是圆形截面，认为冷却风扇当量直径与风道直径大约相等，在出口风道二到四倍冷却风扇当量直径处创建整流栅，进口风道、出口风道长度的设置参考文献[35]，冷却风扇风道三维模型如图2所示。图1冷却风扇模型Fig.1Coolingfanmodel图2冷却风扇风道三维模型Fig.23Dmodelofcoolingfanduct根据国内某款平地机几何参数对散热器进行简化，建立冷却模块三维物理模型。2.3几何模型
第2章基于CFD模拟的数值模型表征-13-因为工程车辆散热器内部结构比较复杂，如不进行简化，会使散热器模型离散更加困难。该冷却模块共包含冷却风扇、导风罩、四种散热器，四种散热器从上到下依次为中冷器、变矩油散热器、液压油散热器、冷却液散热器，如图3所示：图3冷却模块三维模型Fig.33Dmodelofcoolingmodule2.4风扇的预处理与表征冷却风扇的旋转流动具有周期性变化的特性，并且在几何形状上是轴对称的。因此，在数值上模拟单个风扇时可以采用MRF法进行模型简化计算，这可以大大减少计算范围并节省计算资源。而且，可以获得更高的计算精度，并且可以获得不同风扇叶片的一系列风扇的流动特性，使风扇性能的研究更加的便捷高效[36]。MRF模型是一个常数计算模型，该模型假定网格元素匀速运动，同时该方法适用于网格区域边界上各点的相对运动基本相同的问题，也可以使用MRF模型来计算大多数时间平均流量。特别地，当移动网格区域和固定网格区域之间的相互作用较弱时，可用MRF模型计算，例如搅拌器、泵和风扇中的流场计算等，MRF模型可以把非定常问题转化为定常问题计算。仿真过程中需要对冷却风扇的参数进行设定，冷却风扇叶片设置为移动壁面，其具体旋转参数包含旋转方向、旋转速度以及旋转中心，风扇外部的旋转域与冷却风扇保持同步旋转，模型中的旋转域为虚拟区域，并不真实存在。
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动压路机冷却风扇的位置优化试验[J]. 刘洁,牛春亮,夏磐夫. 筑路机械与施工机械化. 2017(04)
[2]工程车辆翼型热管式散热器性能研究[J]. 刘佳鑫,秦四成,蒋炎坤,何书默. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]工程机械百叶窗翅片式散热器的多目标优化设计[J]. 张银亮,蔡惠坤,沈超. 中国工程机械学报. 2016(06)
[4]基于CFD与ε-NTU法的工程车辆散热性能预估[J]. 刘佳鑫,蒋炎坤,秦四成,刘成强. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(08)
[5]冷却风扇“拍振”影响车内噪声的试验研究[J]. 姚运仕,马芳武,冯忠绪,郭子玉. 郑州大学学报(工学版). 2013(04)
[6]车用散热器百叶窗布置方式的数值模拟与分析[J]. 朱家玲,李晓光,张伟. 天津大学学报. 2013(03)
[7]基于CFD分析的散热器结构优化[J]. 田杰安,李世伟,闫伟,王桂华. 内燃机与动力装置. 2012(04)
[8]百叶窗翅片车辆散热器性能研究[J]. 董其伍,王丹,刘敏珊. 机械设计与制造. 2012(01)
[9]汽车发动机舱散热的数值仿真分析[J]. 袁侠义,谷正气,杨易,袁志群,姜乐华,苏伟. 汽车工程. 2009(09)
[10]基于Fluent二次开发的散热器芯部外形参数化建模[J]. 李贺佳,毕小平,黄小辉,索文超. 车辆与动力技术. 2008(01)
博士论文
[1]工程机械散热模块传热性能研究[D]. 刘佳鑫.吉林大学 2013
[2]ZL50型装载机动力舱空气流动与换热分析[D]. 王飞.吉林大学 2010
[3]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]商用车散热器与中冷器传热与阻力性能研究[D]. 杨宗豪.华中科技大学 2016
[2]发动机冷却风扇气动性能的CFD分析与仿真流程优化[D]. 万星荣.华南理工大学 2013
[3]工程车辆冷却风扇流体特性研究[D]. 习羽.吉林大学 2013
[4]工程车辆波纹翅片散热器特性分析与应用研究[D]. 徐振元.吉林大学 2012
本文编号：3599487
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