车辆冷却模块热管理和噪声研究

摘要

汽车冷却模块对前舱热管理、噪声等方面评估影响很大。改善冷却模块散热性能、降低噪声对改善车辆行驶安全性、舒适性等有重要意义。由于冷却模块所处的前舱结构十分复杂，传统设计方法周期长、成本高。本文基于流体力学、气动声学等理论知识，开展了冷却模块在热管理和噪声两方面的研究，主要分析内容及成果如下。
　　首先，分析冷却模块的热管理特性。以分析车型前舱作为热管理研究对象，采用三维、一维及联合仿真的计算方法，对三种典型工况（怠速，爬坡和高速）时前舱的流场和温度场进行了数值求解，探讨各换热部件的散热性能，并与环境舱试验结果进行对比分析。结果表明：三维仿真可以较为精准的得到前舱流体流动分布特性；一维热仿真时间短，可以快速指导换热部件的匹配；结合一维和三维的联合仿真结果具有两者的优势，在流场和温度场上精度均较高。
　　其次，分析冷却模块的噪声分布特性。建立流场模型，在稳态下求解冷却模块周围气体流动特性，与相关气动试验数据进行对比验证。接着通过瞬态计算，基于涡声理论对冷却风扇周围声源分布进行探讨。最后在LMS Virtual. Lab中采用边界元方法进行声源等效，求解监测点声压级和空间分布。结果表明：冷却模块气动噪声主要来源于风扇旋转的离散噪声；进出风口声压级有一定差异；增加等效声源数量可以在一定程度上提高计算精度。
　　最后，对恶劣工况时冷却模块的布置进行多方案虚拟优化。通过仿真计算得出以下结论：在热管理方面，中冷器下置方案相对于其他两种方案，综合性能相对较优；在噪声方面，冷却模块气动噪声主要取决于风扇自身形式，包括结构和转速等，冷却模块的布置对噪声影响有限。
　　本文主要对冷却模块周围温度和噪声特性进行了分析和优化，并通过相关试验进行验证，为冷却模块在这两方面的设计和开发提供了一定理论指导。