商用车发动机舱热管理一维/三维联合仿真与试验
发布时间：2021-10-10 11:15
为解决某商用车在额定工况下发动机出水温度偏高的问题,分别利用三维、一维和一维/三维联合仿真工具,对样车的发动机舱流场特性以及冷却系统性能进行了研究。通过一维/三维联合仿真结果与台架试验测试数据的对比分析,验证了一维/三维联合仿真模型的可靠性;同时针对发动机舱出现的热回流现象,提出了相应的改进措施并进行道路测试,测试结果显示:改进后,发动机出水温度下降3.7℃,验证了改进方案的有效性。通过一维/三维联合仿真可以提高发动机舱热管理的分析效率,缩短开发周期。
【文章来源】：中国机械工程. 2016,27(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１汽车风洞模型１．２热交换器模块的建立
用多孔介质模型来模拟冷却风通过热交换模块时的压力损失。在多孔介质模型中，流动的阻力被分解到给定的方向，并通过源项的方式，添加到动量方程中。源项的系数可由下式推算出：ΔｐＬ＝－（μｖα＋Ｃ２ρｖ２２）＝Ｐｉｖ２＋Ｐμｖ（１）其中，Δｐ为压降；Ｌ为多孔介质厚度；α为空气穿透系数；μ为黏性系数；Ｃ２为多孔介质内部损失系数；ｖ为来流速度；Ｐｉ为惯性阻尼系数；Ｐμ为黏性阻尼系数。对样车的热交换器进行台架试验，如图２所示。图２热交换器风阻特性试验从热交换器的台架试验可以获得迎风风速和热交换器的进出口压降数据，运用最小二乘法拟合得到换热器惯性阻尼系数Ｐｉ和黏性阻尼系数Ｐμ，结果见表１。表１热交换器多孔介质参数换热器部件惯性阻尼系数Ｐｉ（ｋｇ／ｍ４）黏性阻尼系数Ｐμ（ｋｇ／（ｍ３·ｓ））中冷器１８４．９４２９．０散热器４５．８１６１．５６风扇的计算采用ＭＲＦ法［８］，整个计算过程遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，控制方程采用有限体积法，能量方程采用的是二阶迎风插值格式，迭代方式采用ＳＩＭＰＬＥ算法。１．３计算结果分析由于样车在额定功率点（功率为１１０ｋＷ，发动机转速为３６００ｒ／ｍｉｎ）、环境温度为３１℃的试验工况下，开展整车热平衡试验时发现发动机出水温度偏高，超出车辆冷却要求，故选取额定功率点工况进行仿真分析。通过三维仿真计算可以直观地显示发动机舱气体的流动情况，如图３所示。从图３可以清楚图３机舱迹线图地看到发动机舱
间传热计算的准确度，造成仿真计算结果误差偏大，应加以改进。３一维／三维联合仿真在发动机舱热管理研究中，鉴于一维、三维单独分析的局限性，可以结合一维／三维联合分析方法进行研究。为了使计算更加真实可靠，在ＫＵＬＩ中把散热器分割成离散的小块，通过每个小块上定义的阻力矩阵来模拟计算出每个小块上冷却风带走的热通量［８］。而散热器表面速度分布可以通过ＣＦＤ计算得出，把ＣＦＤ计算得到的速度矩阵导入ＫＵＬＩ中，在ＫＵＬＩ中转化成相对应的阻尼系数ζ分布图，如图７所示。图７散热器表面阻尼系数分布图ＫＵＬＩ结合ＣＦＤ的联合仿真计算相对于传统一维仿真来说更加充分地考虑到车辆实际运行中散热器的阻力分布情况，从而更加真实地模拟出车辆前端冷却模块气流流动状态，使得散热器的换热计算更加可靠。仿真工况为样车的额定功率工况，发动机转速为３６００ｒ／ｍｉｎ，行驶车速为３９ｋｍ／ｈ，环境温度为３１℃，环境压力为一个标准大气压，仿真计算结果见表２。表２试验测试值与仿真结果对比试验值（℃）仿真值（℃）误差（％）散热器进水温度９２．４９０．２２．４散热器出水温度７９．８７７．８２．５４试验验证４．１试验条件在轮毂试验台上对本次研究样车进行整车热平衡试验，如图８所示，试验过程采用大流量风机和轴流通风机来等效模拟汽车在行驶中的来流空气，试验室环境温度由空调机组控制，并在汽车进气格栅前４０ｃｍ处布置温度传感器，用来校对试验环境温度，试验环境温度为３１℃。试验工况为汽车额定载荷下，发动机额定功率（功率为１１０ｋＷ，发动机转速为３６００ｒ／
【参考文献】：
期刊论文
[1]乘用车发动机前舱温度场优化[J]. 刘国庆,杨万里,邓晓龙. 中国机械工程. 2013(09)
[2]基于冷却系统数值模型的发动机舱流动阻力特性研究[J]. 袁志群,谷正气,方遒,袁侠义. 中国机械工程. 2011(04)
[3]车门缝隙对车室内热环境影响的数值模拟[J]. 于学兵,车艳秋. 机械设计与制造. 2010(05)
[4]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)
[5]车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算[J]. 成晓北,潘立,周祥军. 汽车工程. 2008(09)
[6]后置发动机客车机舱空间温度场的试验研究[J]. 王忠,历宝录,黄成海,唐颋,杨殿勇. 汽车工程. 2006(03)
本文编号：3428266
【文章来源】：中国机械工程. 2016,27(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１汽车风洞模型１．２热交换器模块的建立
用多孔介质模型来模拟冷却风通过热交换模块时的压力损失。在多孔介质模型中，流动的阻力被分解到给定的方向，并通过源项的方式，添加到动量方程中。源项的系数可由下式推算出：ΔｐＬ＝－（μｖα＋Ｃ２ρｖ２２）＝Ｐｉｖ２＋Ｐμｖ（１）其中，Δｐ为压降；Ｌ为多孔介质厚度；α为空气穿透系数；μ为黏性系数；Ｃ２为多孔介质内部损失系数；ｖ为来流速度；Ｐｉ为惯性阻尼系数；Ｐμ为黏性阻尼系数。对样车的热交换器进行台架试验，如图２所示。图２热交换器风阻特性试验从热交换器的台架试验可以获得迎风风速和热交换器的进出口压降数据，运用最小二乘法拟合得到换热器惯性阻尼系数Ｐｉ和黏性阻尼系数Ｐμ，结果见表１。表１热交换器多孔介质参数换热器部件惯性阻尼系数Ｐｉ（ｋｇ／ｍ４）黏性阻尼系数Ｐμ（ｋｇ／（ｍ３·ｓ））中冷器１８４．９４２９．０散热器４５．８１６１．５６风扇的计算采用ＭＲＦ法［８］，整个计算过程遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，控制方程采用有限体积法，能量方程采用的是二阶迎风插值格式，迭代方式采用ＳＩＭＰＬＥ算法。１．３计算结果分析由于样车在额定功率点（功率为１１０ｋＷ，发动机转速为３６００ｒ／ｍｉｎ）、环境温度为３１℃的试验工况下，开展整车热平衡试验时发现发动机出水温度偏高，超出车辆冷却要求，故选取额定功率点工况进行仿真分析。通过三维仿真计算可以直观地显示发动机舱气体的流动情况，如图３所示。从图３可以清楚图３机舱迹线图地看到发动机舱
间传热计算的准确度，造成仿真计算结果误差偏大，应加以改进。３一维／三维联合仿真在发动机舱热管理研究中，鉴于一维、三维单独分析的局限性，可以结合一维／三维联合分析方法进行研究。为了使计算更加真实可靠，在ＫＵＬＩ中把散热器分割成离散的小块，通过每个小块上定义的阻力矩阵来模拟计算出每个小块上冷却风带走的热通量［８］。而散热器表面速度分布可以通过ＣＦＤ计算得出，把ＣＦＤ计算得到的速度矩阵导入ＫＵＬＩ中，在ＫＵＬＩ中转化成相对应的阻尼系数ζ分布图，如图７所示。图７散热器表面阻尼系数分布图ＫＵＬＩ结合ＣＦＤ的联合仿真计算相对于传统一维仿真来说更加充分地考虑到车辆实际运行中散热器的阻力分布情况，从而更加真实地模拟出车辆前端冷却模块气流流动状态，使得散热器的换热计算更加可靠。仿真工况为样车的额定功率工况，发动机转速为３６００ｒ／ｍｉｎ，行驶车速为３９ｋｍ／ｈ，环境温度为３１℃，环境压力为一个标准大气压，仿真计算结果见表２。表２试验测试值与仿真结果对比试验值（℃）仿真值（℃）误差（％）散热器进水温度９２．４９０．２２．４散热器出水温度７９．８７７．８２．５４试验验证４．１试验条件在轮毂试验台上对本次研究样车进行整车热平衡试验，如图８所示，试验过程采用大流量风机和轴流通风机来等效模拟汽车在行驶中的来流空气，试验室环境温度由空调机组控制，并在汽车进气格栅前４０ｃｍ处布置温度传感器，用来校对试验环境温度，试验环境温度为３１℃。试验工况为汽车额定载荷下，发动机额定功率（功率为１１０ｋＷ，发动机转速为３６００ｒ／
【参考文献】：
期刊论文
[1]乘用车发动机前舱温度场优化[J]. 刘国庆,杨万里,邓晓龙. 中国机械工程. 2013(09)
[2]基于冷却系统数值模型的发动机舱流动阻力特性研究[J]. 袁志群,谷正气,方遒,袁侠义. 中国机械工程. 2011(04)
[3]车门缝隙对车室内热环境影响的数值模拟[J]. 于学兵,车艳秋. 机械设计与制造. 2010(05)
[4]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)
[5]车用发动机冷却系统工作过程与匹配计算[J]. 成晓北,潘立,周祥军. 汽车工程. 2008(09)
[6]后置发动机客车机舱空间温度场的试验研究[J]. 王忠,历宝录,黄成海,唐颋,杨殿勇. 汽车工程. 2006(03)
本文编号：3428266
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