發(fā)布時間：2021-10-10 11:15

　　為解決某商用車在額定工況下發(fā)動機出水溫度偏高的問題,分別利用三維、一維和一維/三維聯(lián)合仿真工具,對樣車的發(fā)動機艙流場特性以及冷卻系統(tǒng)性能進行了研究。通過一維/三維聯(lián)合仿真結(jié)果與臺架試驗測試數(shù)據(jù)的對比分析,驗證了一維/三維聯(lián)合仿真模型的可靠性;同時針對發(fā)動機艙出現(xiàn)的熱回流現(xiàn)象,提出了相應(yīng)的改進措施并進行道路測試,測試結(jié)果顯示:改進后,發(fā)動機出水溫度下降3.7℃,驗證了改進方案的有效性。通過一維/三維聯(lián)合仿真可以提高發(fā)動機艙熱管理的分析效率,縮短開發(fā)周期。 

【文章來源】：中國機械工程. 2016,27(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１汽車風洞模型１．２熱交換器模塊的建立

用多孔介質(zhì)模型來模擬冷卻風通過熱交換模塊時的壓力損失。在多孔介質(zhì)模型中，流動的阻力被分解到給定的方向，并通過源項的方式，添加到動量方程中。源項的系數(shù)可由下式推算出：ΔｐＬ＝－（μｖα＋Ｃ２ρｖ２２）＝Ｐｉｖ２＋Ｐμｖ（１）其中，Δｐ為壓降；Ｌ為多孔介質(zhì)厚度；α為空氣穿透系數(shù)；μ為黏性系數(shù)；Ｃ２為多孔介質(zhì)內(nèi)部損失系數(shù)；ｖ為來流速度；Ｐｉ為慣性阻尼系數(shù)；Ｐμ為黏性阻尼系數(shù)。對樣車的熱交換器進行臺架試驗，如圖２所示。圖２熱交換器風阻特性試驗從熱交換器的臺架試驗可以獲得迎風風速和熱交換器的進出口壓降數(shù)據(jù)，運用最小二乘法擬合得到換熱器慣性阻尼系數(shù)Ｐｉ和黏性阻尼系數(shù)Ｐμ，結(jié)果見表１。表１熱交換器多孔介質(zhì)參數(shù)換熱器部件慣性阻尼系數(shù)Ｐｉ（ｋｇ／ｍ４）黏性阻尼系數(shù)Ｐμ（ｋｇ／（ｍ３·ｓ））中冷器１８４．９４２９．０散熱器４５．８１６１．５６風扇的計算采用ＭＲＦ法［８］，整個計算過程遵守質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒定律，控制方程采用有限體積法，能量方程采用的是二階迎風插值格式，迭代方式采用ＳＩＭＰＬＥ算法。１．３計算結(jié)果分析由于樣車在額定功率點（功率為１１０ｋＷ，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／ｍｉｎ）、環(huán)境溫度為３１℃的試驗工況下，開展整車熱平衡試驗時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機出水溫度偏高，超出車輛冷卻要求，故選取額定功率點工況進行仿真分析。通過三維仿真計算可以直觀地顯示發(fā)動機艙氣體的流動情況，如圖３所示。從圖３可以清楚圖３機艙跡線圖地看到發(fā)動機艙

間傳熱計算的準確度，造成仿真計算結(jié)果誤差偏大，應(yīng)加以改進。３一維／三維聯(lián)合仿真在發(fā)動機艙熱管理研究中，鑒于一維、三維單獨分析的局限性，可以結(jié)合一維／三維聯(lián)合分析方法進行研究。為了使計算更加真實可靠，在ＫＵＬＩ中把散熱器分割成離散的小塊，通過每個小塊上定義的阻力矩陣來模擬計算出每個小塊上冷卻風帶走的熱通量［８］。而散熱器表面速度分布可以通過ＣＦＤ計算得出，把ＣＦＤ計算得到的速度矩陣導(dǎo)入ＫＵＬＩ中，在ＫＵＬＩ中轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的阻尼系數(shù)ζ分布圖，如圖７所示。圖７散熱器表面阻尼系數(shù)分布圖ＫＵＬＩ結(jié)合ＣＦＤ的聯(lián)合仿真計算相對于傳統(tǒng)一維仿真來說更加充分地考慮到車輛實際運行中散熱器的阻力分布情況，從而更加真實地模擬出車輛前端冷卻模塊氣流流動狀態(tài)，使得散熱器的換熱計算更加可靠。仿真工況為樣車的額定功率工況，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／ｍｉｎ，行駛車速為３９ｋｍ／ｈ，環(huán)境溫度為３１℃，環(huán)境壓力為一個標準大氣壓，仿真計算結(jié)果見表２。表２試驗測試值與仿真結(jié)果對比試驗值（℃）仿真值（℃）誤差（％）散熱器進水溫度９２．４９０．２２．４散熱器出水溫度７９．８７７．８２．５４試驗驗證４．１試驗條件在輪轂試驗臺上對本次研究樣車進行整車熱平衡試驗，如圖８所示，試驗過程采用大流量風機和軸流通風機來等效模擬汽車在行駛中的來流空氣，試驗室環(huán)境溫度由空調(diào)機組控制，并在汽車進氣格柵前４０ｃｍ處布置溫度傳感器，用來校對試驗環(huán)境溫度，試驗環(huán)境溫度為３１℃。試驗工況為汽車額定載荷下，發(fā)動機額定功率（功率為１１０ｋＷ，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／

【參考文獻】：
期刊論文
[1]乘用車發(fā)動機前艙溫度場優(yōu)化[J]. 劉國慶,楊萬里,鄧曉龍.  中國機械工程. 2013(09)
[2]基于冷卻系統(tǒng)數(shù)值模型的發(fā)動機艙流動阻力特性研究[J]. 袁志群,谷正氣,方遒,袁俠義.  中國機械工程. 2011(04)
[3]車門縫隙對車室內(nèi)熱環(huán)境影響的數(shù)值模擬[J]. 于學兵,車艷秋.  機械設(shè)計與制造. 2010(05)
[4]汽車發(fā)動機艙散熱的數(shù)值仿真分析[J]. 袁俠義,谷正氣,楊易,袁志群,姜樂華,蘇偉.  汽車工程. 2009(09)
[5]車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)工作過程與匹配計算[J]. 成曉北,潘立,周祥軍.  汽車工程. 2008(09)
[6]后置發(fā)動機客車機艙空間溫度場的試驗研究[J]. 王忠,歷寶錄,黃成海,唐颋,楊殿勇.  汽車工程. 2006(03)



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