為解決某商用車(chē)在額定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度偏高的問(wèn)題,分別利用三維、一維和一維/三維聯(lián)合仿真工具,對(duì)樣車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)艙流場(chǎng)特性以及冷卻系統(tǒng)性能進(jìn)行了研究。通過(guò)一維/三維聯(lián)合仿真結(jié)果與臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了一維/三維聯(lián)合仿真模型的可靠性;同時(shí)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙出現(xiàn)的熱回流現(xiàn)象,提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施并進(jìn)行道路測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示:改進(jìn)后,發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度下降3.7℃,驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。通過(guò)一維/三維聯(lián)合仿真可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理的分析效率,縮短開(kāi)發(fā)周期。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)機(jī)械工程. 2016,27(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１汽車(chē)風(fēng)洞模型１．２熱交換器模塊的建立

用多孔介質(zhì)模型來(lái)模擬冷卻風(fēng)通過(guò)熱交換模塊時(shí)的壓力損失。在多孔介質(zhì)模型中，流動(dòng)的阻力被分解到給定的方向，并通過(guò)源項(xiàng)的方式，添加到動(dòng)量方程中。源項(xiàng)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(lái)流速度；Ｐｉ為慣性阻尼系數(shù)；Ｐμ為黏性阻尼系數(shù)。對(duì)樣車(chē)的熱交換器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，如圖２所示。圖２熱交換器風(fēng)阻特性試驗(yàn)從熱交換器的臺(tái)架試驗(yàn)可以獲得迎風(fēng)風(fēng)速和熱交換器的進(jìn)出口壓降數(shù)據(jù)，運(yùn)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(jiàn)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(fēng)扇的計(jì)算采用ＭＲＦ法［８］，整個(gè)計(jì)算過(guò)程遵守質(zhì)量守恒、動(dòng)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(fēng)插值格式，迭代方式采用ＳＩＭＰＬＥ算法。１．３計(jì)算結(jié)果分析由于樣車(chē)在額定功率點(diǎn)（功率為１１０ｋＷ，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／ｍｉｎ）、環(huán)境溫度為３１℃的試驗(yàn)工況下，開(kāi)展整車(chē)熱平衡試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度偏高，超出車(chē)輛冷卻要求，故選取額定功率點(diǎn)工況進(jìn)行仿真分析。通過(guò)三維仿真計(jì)算可以直觀地顯示發(fā)動(dòng)機(jī)艙氣體的流動(dòng)情況，如圖３所示。從圖３可以清楚圖３機(jī)艙跡線圖地看到發(fā)動(dòng)機(jī)艙

間傳熱計(jì)算的準(zhǔn)確度，造成仿真計(jì)算結(jié)果誤差偏大，應(yīng)加以改進(jìn)。３一維／三維聯(lián)合仿真在發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理研究中，鑒于一維、三維單獨(dú)分析的局限性，可以結(jié)合一維／三維聯(lián)合分析方法進(jìn)行研究。為了使計(jì)算更加真實(shí)可靠，在ＫＵＬＩ中把散熱器分割成離散的小塊，通過(guò)每個(gè)小塊上定義的阻力矩陣來(lái)模擬計(jì)算出每個(gè)小塊上冷卻風(fēng)帶走的熱通量［８］。而散熱器表面速度分布可以通過(guò)ＣＦＤ計(jì)算得出，把ＣＦＤ計(jì)算得到的速度矩陣導(dǎo)入ＫＵＬＩ中，在ＫＵＬＩ中轉(zhuǎn)化成相對(duì)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(jì)算相對(duì)于傳統(tǒng)一維仿真來(lái)說(shuō)更加充分地考慮到車(chē)輛實(shí)際運(yùn)行中散熱器的阻力分布情況，從而更加真實(shí)地模擬出車(chē)輛前端冷卻模塊氣流流動(dòng)狀態(tài)，使得散熱器的換熱計(jì)算更加可靠。仿真工況為樣車(chē)的額定功率工況，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／ｍｉｎ，行駛車(chē)速為３９ｋｍ／ｈ，環(huán)境溫度為３１℃，環(huán)境壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，仿真計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表２。表２試驗(yàn)測(cè)試值與仿真結(jié)果對(duì)比試驗(yàn)值（℃）仿真值（℃）誤差（％）散熱器進(jìn)水溫度９２．４９０．２２．４散熱器出水溫度７９．８７７．８２．５４試驗(yàn)驗(yàn)證４．１試驗(yàn)條件在輪轂試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)本次研究樣車(chē)進(jìn)行整車(chē)熱平衡試驗(yàn)，如圖８所示，試驗(yàn)過(guò)程采用大流量風(fēng)機(jī)和軸流通風(fēng)機(jī)來(lái)等效模擬汽車(chē)在行駛中的來(lái)流空氣，試驗(yàn)室環(huán)境溫度由空調(diào)機(jī)組控制，并在汽車(chē)進(jìn)氣格柵前４０ｃｍ處布置溫度傳感器，用來(lái)校對(duì)試驗(yàn)環(huán)境溫度，試驗(yàn)環(huán)境溫度為３１℃。試驗(yàn)工況為汽車(chē)額定載荷下，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（功率為１１０ｋＷ，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為３６００ｒ／

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前艙溫度場(chǎng)優(yōu)化[J]. 劉國(guó)慶,楊萬(wàn)里,鄧曉龍.  中國(guó)機(jī)械工程. 2013(09)
[2]基于冷卻系統(tǒng)數(shù)值模型的發(fā)動(dòng)機(jī)艙流動(dòng)阻力特性研究[J]. 袁志群,谷正氣,方遒,袁俠義.  中國(guó)機(jī)械工程. 2011(04)
[3]車(chē)門(mén)縫隙對(duì)車(chē)室內(nèi)熱環(huán)境影響的數(shù)值模擬[J]. 于學(xué)兵,車(chē)艷秋.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2010(05)
[4]汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)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(lè)華,蘇偉.  汽車(chē)工程. 2009(09)
[5]車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)工作過(guò)程與匹配計(jì)算[J]. 成曉北,潘立,周祥軍.  汽車(chē)工程. 2008(09)
[6]后置發(fā)動(dòng)機(jī)客車(chē)機(jī)艙空間溫度場(chǎng)的試驗(yàn)研究[J]. 王忠,歷寶錄,黃成海,唐颋,楊殿勇.  汽車(chē)工程. 2006(03)



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