某商用车发动机舱热管理研究与改进

发布时间：2020-06-10 22:01

【摘要】：发动机舱属于半封闭式的空间,其内部布置了动力总成系统、进排气系统、冷却系统等众多复杂的部件。随着人们对汽车动力性、舒适性以及安全性的要求越来越高,越来越多的电子器件被集成到发动机舱内,由此给发动机舱内的散热带来了更大的困难。发动机舱热管理已经成为汽车开发过程中工程师们关注的焦点。本文以某公司的一款商用车发动机舱过热为研究背景,运用CFD方法对该商用车发动机舱流场与温度场进行仿真分析,确定发动机舱过热的部位及原因,提出合理的改进措施。首先,运用前处理软件Hypermesh对发动机舱内部的零部件进行了简化、几何清理和网格划分,确定了初始条件和边界条件,将换热器简化为多孔介质模型,建立了可用于发动机舱热分析的整车CFD模型。其次,选择怠速工况作为危险工况,最大扭矩工况作为校核工况,仿真得出两种工况下的流场与温度场分布,尤其是冷却模块的散热特性。根据机舱内部流场特性,热回流的存在导致进入冷却模块的冷却空气流量不足,并且对冷却模块进行循环加热,导致发动机舱散热效果不佳。在此基础上,结合整个发动机舱的布局和开发成本的考虑,提出了在冷却模块周围增加导流板和阻流板的改进方案,并对改进方案进行了仿真分析。对比改进前后的仿真结果可知,与原型车相比,怠速工况下发动机舱的散热效果改善比较明显。导流板和阻流板一方面有效的阻止了热空气的回流,降低了进气温度,减缓了冷凝器和散热器部分的热害集中。另一方面,导流板增加了前端冷却模块的进气流量,进一步提升了冷却部件的冷却能力。最后,对整车进行了道路热平衡试验,测量了两种工况下对应位置的温度值。试验结果表明:CFD的仿真值与试验值基本一致,经过误差分析,所有误差均在合理的范围以内,验证了仿真分析的正确性。
【图文】：

关系图,流体力学,解析法,方程式

地结合了起来，计算流体力学在这样的背景下应运而生。计算流体力学与理论分析、实逡逑验测试共同构成了一套完整的研究流体流动和传热的方法［５（）］，弥补了后两者的在灵活性、逡逑普适性以及数学求解方面的短板。三者的关系如图２．１所＾逡逑图２．１流体力学三种方法关系图逡逑计算流体力学解析方法采用数值方程式表示实际流体，其核心思想是采用数值计算逡逑方法求解流体力学的偏微分控制方程组，并通过图像显示得到流场参数在空间各个离散逡逑点处的数值［５１］。计算机的图像显示功能可以很好的呈现出传统的实验测试时的物理现象，逡逑数值计算能力也可以求解任何复杂流动问题的微分方程的解而不受纯理论分析时数学逡逑求解能力不够的限制。因此，与其它两种方法相比，ＣＦＤ具有灵活性强、周期短、成本逡逑低的优势。逡逑２．２流体力学控制方程逡逑无论自然界和工程领域涉及的流动问题多么复杂，都可以用流体力学的三大定律来逡逑描述，即质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律。换句话就是任何流动问题都必逡逑７逡逑

示意图,层流,湍流

互相之间不存在混合渗透现象，因此也称为稳流。当流速增加到一定程度时，流场中开逡逑始出现小的涡旋，流体不再是简单的分层流动，，层与层之间开始互相混杂，呈混沌无序逡逑的状况，此时的流动称为湍流也叫紊流。两种流动状态的示意图如图２．２所示。工程领逡逑域的流动问题大多数属于揣流范畴。逡逑ｅ邋Ｗ逡逑（ａ）层流逦（ｂ）揣流逡逑图２．邋２层流和湍流逡逑在工程应用中引用雷诺数凡来区分层流和湍流。雷诺数凡的定义为：逡逑ｎ邋ｐｖＬ逡逑Ｋ＝—－逦（２．１３）逡逑式中：ｐ—流体密度（ｋｇ／ｍ３）；逡逑＂动力粘度系数（ｋｇ／ｍ＿ｓ）；逡逑ｖ一平均流速（ｍ／ｓ）；逡逑Ｈ寺征长度（ｍ）；逡逑当雷诺数Ｒｅ＜２３００时，流动为层流流动，而当雷诺数Ｒｅ＞４０００时可以认为流动为逡逑湍流流动。逡逑２．４．２湍流基本方程逡逑无论湍流运动多么复杂，２．２．２节的式（２．５）和（２．６）所表示的Ｎ－Ｓ方程对于揣流逡逑的瞬时流动都是适用的，下面针对不可压缩流体建立１邋Ｊ、２方向的湍流瞬时控制方逡逑程：逡逑ｄｉｖｕ邋＝邋０逦（２．１４）逡逑＾－－＼ｒ邋ｄｉｖ［ｕｕ）邋＝邋—－—逦＋邋ｖｄｉｖ邋（ｇｒａｄｕ）逡逑１邋３逡逑—＋邋ｄｉｖ（ｖｕ）邋＝逦—邋＋邋ｖｄｉｖ（ｇｒａｄｖ）邋＞逦（２．１５）逡逑ｄ
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464

【参考文献】