汽车发动机冷却风扇优化设计研究

发布时间：2017-09-03 10:31

  本文关键词：汽车发动机冷却风扇优化设计研究

  更多相关文章： 发动机冷却风扇 优化设计 近似模型 涡动力学 Isight

【摘要】：随着我国经济持续30多年的发展,目前已经到产业转型升级的阶段。工业界的各行各业,均需要转型至精益设计及精益制造,以提高产品在全球及国内市场上的竞争力。汽车产业作为工业界的代表,在这场产业升级中尤为重要。汽车产业的升级,需要各个汽车零配件的性能与质量同时升级来保证。汽车发动机冷却风扇,作为汽车的重要零配件,对保证车辆的整体性能与质量有着重要的作用。因此,发动机冷却风扇的优化设计,成为当前的重要研究课题之一。本文先对发动机冷却风扇的国、内外研究现状进行了总结。接着,对发动机冷却风扇的性能指标及性能测试装置,进行了详细的介绍。在明确了冷却风扇的性能指标及测试环境之后,详细介绍了发动机冷却风扇性能CFD仿真的细节,并对两款风扇进行了对标计算。计算结果显示:风扇性能的CFD仿真结果与实验结果的误差在9%以内,且两款风扇所有的性能仿真趋势完全正确,验证了CFD仿真在风扇的工程设计与优化中的可行性。基于CFD仿真,结合试验设计、近似模型及智能优化算法,本文提出了一套适用于对风扇的几何结构进行全局寻优的自动优化方法。该方法搭建在商用优化软件Isight平台上,通过集成Matlab、Proe、Hypermesh和Fluent软件来实现风扇几何模型建立到流场网格划分再到CFD计算一整套流程自动化。利用该套方法,对某一款风扇进行了示例优化。优化结果显示:以目前的条件对风扇进行全因素(12个设计变量)优化还不具备实用价值。但是,通过敏度分析得出对性能影响最大的前6个设计变量,成功实现了对风扇进行6因素寻优。最终,在流量和压力不变的条件下,将该款风扇的最高效率提高了2.15%。针对自动全局优化方法的不足之处(黑箱操作性、优化工作的效率不高),本文将涡动力学理论引入到发动机冷却风扇性能的优化设计之中。基于涡动力学理论的冷却风扇优化方法,适合对冷却风扇进行局部动力学优化。按照该方法,对某一款风扇进行示例优化并进行实验。结果显示:依照该方法,能找到风扇局部做功不良的区域,并对该区域几何结构进行改正,最终使该款风扇,在功率不变的条件下,效率在整个工作区域内均有提高,提高幅度为2.2%~2.4%。
【关键词】：发动机冷却风扇 优化设计 近似模型 涡动力学 Isight
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.138.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-16
• 1.1 课题目的和意义10
• 1.2 国内外研究现况10-13
• 1.2.1 国外研究现况11-12
• 1.2.2 国内研究现况12-13
• 1.3 论文各部分主要内容13-16
• 第二章 发动机冷却风扇性能及其试验16-24
• 2.1 发动机冷却风扇性能指标16-17
• 2.2 发动机冷却风扇气动性能试验17-20
• 2.2.1 A型风扇性能试验装置18-19
• 2.2.2 C型风扇性能试验装置19-20
• 2.3 冷却风扇的无因子性能参数及其相似定理20-21
• 2.4 本章小结21-24
• 第三章 冷却风扇性能的数值计算24-38
• 3.1 计算流体力学理论24-28
• 3.1.1 流体控制方程24-25
• 3.1.2 控制方程的离散25-26
• 3.1.3 流场数值解法26-27
• 3.1.4 湍流模型27
• 3.1.5 可动区域中的流体问题处理27-28
• 3.2 两款风扇对标计算28-35
• 3.2.1 仿真建模29-31
• 3.2.2 仿真结果分析31-33
• 3.2.3 网格无关性检验33-35
• 3.3 本章小结35-38
• 第四章 基于近似模型方法的冷却风扇性能优化38-62
• 4.1 优化问题描述38
• 4.2 优化路线38-39
• 4.3 风扇几何结构的参数化39-41
• 4.4 试验设计的方法41-42
• 4.5 CFD模型仿真模块的实现42-50
• 4.5.1 翼型曲线的生成42-45
• 4.5.2 风扇 3D几何模型的构建45
• 4.5.3 CFD网格的划分45-49
• 4.5.4 CFD模型的计算及后处理49-50
• 4.6 近似模型的构造与检验50-54
• 4.6.1 近似模型的构造方法50-52
• 4.6.2 序贯采样策略52-53
• 4.6.3 近似模型的检验53-54
• 4.7 优化算法54
• 4.8 基于Isight平台的优化系统集成54
• 4.9 某一款风扇性能优化54-60
• 4.9.1 全因素寻优54-57
• 4.9.2 主要6因素寻优57-60
• 4.10 本章小结60-62
• 第五章 基于涡动力学的冷却风扇性能诊断与优化62-72
• 5.1 发动机冷却风扇的涡动力学诊断理论62-65
• 5.2 某一款风扇性能诊断与优化65-71
• 5.2.1 风扇流场数值计算65-66
• 5.2.2 基于涡动力学的风扇流场诊断与优化66-69
• 5.2.3 优化前后风扇的流场与性能对比69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 全文总结与展望72-74
• 全文总结72-73
• 研究工作展望73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果77-78
• 致谢78-79
• 附件79

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本文编号：784502