燃料电池发动机热管理系统设计与优化
发布时间：2020-12-22 20:41
能源危机现已成为世界各国关注的话题,而在汽车行业中,各大车企对新能源汽车的研发也投入相当大的精力。新能源汽车有很多种,其中燃料电池汽车的出现使人类摆脱了对传统能源的严重依赖,具有高效率、零排放的优点。然而燃料电池汽车在产热上与其他动力源汽车之间存在较大差异,主要表现为燃料电池工作温度较低,且废热全部经热管理系统排出,导致汽车的热负荷较高。本文将通过数值模拟和实验相结合的方法,对燃料电池汽车热管理系统的主要零部件、散热模块和系统整体的散热性能展开研究。散热器散热性能的提高对提高燃料电池热管理系统的整体性能至关重要,若仅通过实验的方法研究散热器对燃料电池散热性能的影响规律,不仅研究成本高、耗费精力大,而且精度难以保证。本文将基于某款车用水散热器,利用Hypermesh前处理软件建立三维仿真模型,在FLUENT软件中应用不同的湍流模型和壁面函数组合进行计算,并对比仿真值和实验值,在误差允许的范围内,选择计算精度较高的仿真模型,为后续分析冷空气入口速度对散热器散热性能的影响奠定基础。以散热器的换热系数和压降为优化指标,以百叶窗开窗角度、翅片波距、散热带波高、散热器厚度和百叶窗间距作为优化参数,...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２截取后的散热器几何图??
第２章散热器三维仿真及实验验证??从散热器的结构参数中可以看出，完整的百叶窗散热器芯体尺寸较大。在本章的??仿真计算中，若选取整体散热器为模型，对其进行网格划分，不仅会增加任务量，耗??费时间和精力，而且对计算机性能提出很高的要求。因此，为了节约时间成本和计算??机资源，此次仿真计算模型只选取整体水散热器模型的部分管带，如下图所示。??Ｉ?ｎ?Ｉ，；?ｊ?ｊ－ｉ?■?ｊ－??＿１１１＿繼??图２－２截取后的散热器几何图??将截取后的散热器几何图导入到前处理软件Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中，由于散热器几何结构??简单且没有影响仿真计算的多余结构，因此可省去模型简化这一步骤。由于截取后的??散热器模型中仅有百叶窗翅片和部分扁管区域，在网格划分前，要建立几何面来完善??冷空气和高温水的计算域。由于百叶窗翅片尺寸较小且几何结构不规则，选取三角形??网格，并将网格大小设置为０．２ｍｍ，完成仿真模型的网格划分，最终的网格模型如图??２－３所示。??冷个ｎ出ｎ??－１??图２－３网格模型??２．２仿真结果验证??２．２．１风洞实验??为验证数值计算模型的正确性，在经过ＣＮＡＳ认证的某国家实验室进行风洞试验??９??
?山东大学硕士学位论文???台针对该车用散热器进行试验测试。风洞测试系统如图２－４所示。??ＢＢＵＢＳｍｉＰｆｆ１??图２－４风洞实验现场图??风洞实验是在大气压力位１０２．６６ＫＰａ，外界环境温度位１２．３６°Ｃ的测试环境下完成，??并对实验测试结果记录如表２－２所示。??表２－２风洞实验测试结果??Ｘ?水侧?气侧??Ｕ?进水温度：进水流量?进风温度Ｉ?风速??点?（°Ｃ）?（Ｌ／ｍｉｎ）?（°Ｃ）?（ｍ／ｓ）??１?７２．２０?１００．７１?１１．８０?４．９９??２?７１．５０?１００．４４?１１．２５?６．００??３?７１．１０?１００．６３?１１．３８?８．００??４?７１．２０?１００．１７?１１．２０?１０．０１??５?７１．５０?１００．３４?１１．４０?１２．０１??２．２．２模型选择及结果验证??将上述处理好的散热器网格模型导入ＦＬＵＥＮＴ中，在进行仿真计算前需要选取合??适的仿真模型，软件中湍流模型一共有三种，其每种湍流模型下对应四种壁面函数，??所以经过两两结合，ＦＬＵＥＮＴ中总共有１２组计算模型可供选择。控制相同的输入条件，??主要考察在使用不同模型和不同壁面函数时的高温液态水的进出口温差。将由１２组计??算模型得到的仿真值以及实验值绘制在柱状图２－５中，其中，图中的黑色区域为经过测??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本燃料电池汽车产业发展经验与启示研究[J]. 王佳,周玮,姚占辉,方海峰. 中国汽车. 2019(12)
[2]中国氢燃料电池技术发展现状及趋势[J]. 王家恒,韩震. 汽车实用技术. 2019(22)
[3]汽车冷却风扇设计参数仿真优化[J]. 张涵,韦流权,刘康,鲁力. 汽车科技. 2019(06)
[4]燃料电池汽车国内外发展现状及对策建议[J]. 王薛超,金茂菁. 科技中国. 2019(05)
[5]燃料电池汽车的现状与发展前景[J]. 季文姣. 企业技术开发. 2019(05)
[6]2019年燃料电池市场前景研究报告[J]. 电器工业. 2019(04)
[7]翅片式热管散热器自然对流换热特性分析与多目标结构优化[J]. 黄晓明,师春雨,孙佳伟,杜阳,朱一萍,许国良. 热科学与技术. 2018(05)
[8]基于正交试验法的COB-LED散热器优化设计[J]. 周旭,杨平,毛卫平,肖原彬. 轻工机械. 2018(04)
[9]国内外燃料电池汽车的发展前景及市场状况[J]. 陈广. 企业改革与管理. 2018(11)
[10]上汽大通燃料电池商用车FCV80 开启产业化进程[J]. 若妍. 汽车与配件. 2017(33)
硕士论文
[1]计及NVH的工程机械热管理系统分析[D]. 李建民.山东大学 2016
[2]基于模态声学贡献度分析的挖掘机驾驶室噪声研究[D]. 刘磊.山东大学 2016
[3]某卡车发动机舱散热特性分析[D]. 胡文成.南京理工大学 2014
[4]电子器件冷却风扇叶片仿生柔性表面减阻降噪试验研究[D]. 张雪鹏.吉林大学 2012
[5]基于冷却部件布置的重型卡车机舱内流特性研究[D]. 李峥峥.吉林大学 2012
[6]燃料电池汽车热管理系统分析与优化[D]. 王路飞.上海交通大学 2012
[7]质子交换膜燃料电池冷却流道的设计与模拟[D]. 傅立运.武汉理工大学 2011
[8]轴流风机叶片仿生降噪研究[D]. 刘庆萍.吉林大学 2006
本文编号：2932401
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２截取后的散热器几何图??
第２章散热器三维仿真及实验验证??从散热器的结构参数中可以看出，完整的百叶窗散热器芯体尺寸较大。在本章的??仿真计算中，若选取整体散热器为模型，对其进行网格划分，不仅会增加任务量，耗??费时间和精力，而且对计算机性能提出很高的要求。因此，为了节约时间成本和计算??机资源，此次仿真计算模型只选取整体水散热器模型的部分管带，如下图所示。??Ｉ?ｎ?Ｉ，；?ｊ?ｊ－ｉ?■?ｊ－??＿１１１＿繼??图２－２截取后的散热器几何图??将截取后的散热器几何图导入到前处理软件Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中，由于散热器几何结构??简单且没有影响仿真计算的多余结构，因此可省去模型简化这一步骤。由于截取后的??散热器模型中仅有百叶窗翅片和部分扁管区域，在网格划分前，要建立几何面来完善??冷空气和高温水的计算域。由于百叶窗翅片尺寸较小且几何结构不规则，选取三角形??网格，并将网格大小设置为０．２ｍｍ，完成仿真模型的网格划分，最终的网格模型如图??２－３所示。??冷个ｎ出ｎ??－１??图２－３网格模型??２．２仿真结果验证??２．２．１风洞实验??为验证数值计算模型的正确性，在经过ＣＮＡＳ认证的某国家实验室进行风洞试验??９??
?山东大学硕士学位论文???台针对该车用散热器进行试验测试。风洞测试系统如图２－４所示。??ＢＢＵＢＳｍｉＰｆｆ１??图２－４风洞实验现场图??风洞实验是在大气压力位１０２．６６ＫＰａ，外界环境温度位１２．３６°Ｃ的测试环境下完成，??并对实验测试结果记录如表２－２所示。??表２－２风洞实验测试结果??Ｘ?水侧?气侧??Ｕ?进水温度：进水流量?进风温度Ｉ?风速??点?（°Ｃ）?（Ｌ／ｍｉｎ）?（°Ｃ）?（ｍ／ｓ）??１?７２．２０?１００．７１?１１．８０?４．９９??２?７１．５０?１００．４４?１１．２５?６．００??３?７１．１０?１００．６３?１１．３８?８．００??４?７１．２０?１００．１７?１１．２０?１０．０１??５?７１．５０?１００．３４?１１．４０?１２．０１??２．２．２模型选择及结果验证??将上述处理好的散热器网格模型导入ＦＬＵＥＮＴ中，在进行仿真计算前需要选取合??适的仿真模型，软件中湍流模型一共有三种，其每种湍流模型下对应四种壁面函数，??所以经过两两结合，ＦＬＵＥＮＴ中总共有１２组计算模型可供选择。控制相同的输入条件，??主要考察在使用不同模型和不同壁面函数时的高温液态水的进出口温差。将由１２组计??算模型得到的仿真值以及实验值绘制在柱状图２－５中，其中，图中的黑色区域为经过测??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本燃料电池汽车产业发展经验与启示研究[J]. 王佳,周玮,姚占辉,方海峰. 中国汽车. 2019(12)
[2]中国氢燃料电池技术发展现状及趋势[J]. 王家恒,韩震. 汽车实用技术. 2019(22)
[3]汽车冷却风扇设计参数仿真优化[J]. 张涵,韦流权,刘康,鲁力. 汽车科技. 2019(06)
[4]燃料电池汽车国内外发展现状及对策建议[J]. 王薛超,金茂菁. 科技中国. 2019(05)
[5]燃料电池汽车的现状与发展前景[J]. 季文姣. 企业技术开发. 2019(05)
[6]2019年燃料电池市场前景研究报告[J]. 电器工业. 2019(04)
[7]翅片式热管散热器自然对流换热特性分析与多目标结构优化[J]. 黄晓明,师春雨,孙佳伟,杜阳,朱一萍,许国良. 热科学与技术. 2018(05)
[8]基于正交试验法的COB-LED散热器优化设计[J]. 周旭,杨平,毛卫平,肖原彬. 轻工机械. 2018(04)
[9]国内外燃料电池汽车的发展前景及市场状况[J]. 陈广. 企业改革与管理. 2018(11)
[10]上汽大通燃料电池商用车FCV80 开启产业化进程[J]. 若妍. 汽车与配件. 2017(33)
硕士论文
[1]计及NVH的工程机械热管理系统分析[D]. 李建民.山东大学 2016
[2]基于模态声学贡献度分析的挖掘机驾驶室噪声研究[D]. 刘磊.山东大学 2016
[3]某卡车发动机舱散热特性分析[D]. 胡文成.南京理工大学 2014
[4]电子器件冷却风扇叶片仿生柔性表面减阻降噪试验研究[D]. 张雪鹏.吉林大学 2012
[5]基于冷却部件布置的重型卡车机舱内流特性研究[D]. 李峥峥.吉林大学 2012
[6]燃料电池汽车热管理系统分析与优化[D]. 王路飞.上海交通大学 2012
[7]质子交换膜燃料电池冷却流道的设计与模拟[D]. 傅立运.武汉理工大学 2011
[8]轴流风机叶片仿生降噪研究[D]. 刘庆萍.吉林大学 2006
本文编号：2932401
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