卡车发动机舱流场与散热性能研究

摘要

随着汽车工业技术的不断发展，发动机的零部件不断增多，发动机舱内部的空间越来越拥挤，给发动机舱的散热带来了巨大的压力和挑战。随着计算流体力学和计算机技术的发展，发动机舱热管理技术可以较好的模拟发动机舱内的流场和温度场状况，缩短汽车开发周期，降低研发成本，成为汽车空气动力学领域研究的热点。
　　 本文依据某公司开发的一款中型卡车在道路试验时发动机舱过热为研究背景，利用数值仿真方法对发动机舱热环境进行仿真分析，找出原因并提出改进措施，改善发动机舱内空气流动特性，优化冷却系统的冷却效率。
　　 首先把复杂的整车数学模型进行适当简化，设定仿真计算域，利用流体分析软件STAR-CCM+划分面网格和体网格。设定合适的内外部边界条件，其中发动机舱内的热边界由整车道路试验测得。建立多孔阻尼模型、换热器传热模型、风扇旋转模型等，确定符合实际的仿真工况，建立了发动机舱CFD仿真模型。
　　 通过流场和温度场分析得出:卡车发动机舱在低车速高载荷下存在严重的热回流现象，最大扭矩工况下散热环境最恶劣，发动机舱内存在高温区域，中冷器的换热性能不能满足要求。
　　 根据实际要求，提出具体改进方案:在散热器周围添加阻风板隔绝回流，增大导流板面积。改进后发动机舱的仿真分析表明，回流现象明显降低，散热器、中冷器和冷凝器的换热性能均满足要求，导流板导流作用明显。
　　 最后，在热环境舱中对改进后的样车进行热平衡试验，并测得发动机舱空气测的流速和温度，结果表明:实测结果与仿真值较为接近，验证了仿真分析的准确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 发动机舱热管理概述

1．2．1 发动机舱内流阻力

1．2．2 发动机舱散热特性

1．2．3 发动机冷却系统

1．3 国内外研究现状与趋势

1．3．1 国外研究现状与趋势

1．3．2 国内研究现状与趋势

1．3．3 研究热点

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本章小结

2 流体动力学基本理论

2．1 流动和传热的控制方程

2．1．1 质量守恒方程

2．1．2 动量守恒方程

2．1．3 能量守恒方程

2．2 计算流体力学解算流程

2．3 数值计算方法

2．3．1 离散化方法

2．3．2 离散格式

2．4 湍流模型

2．4．1 湍流的基本方程

2．4．2 湍流数值模拟方法

2．4．3 两方程模型

2．4．4 近壁面处理

2．5 SIMPLE算法

2．6 本章小节

3 卡车发动机舱CFD模型建立

3．1 STAR-CCM+软件介绍

3．2 几何模型的建立和简化

3．3 卡车发动机舱CFD建模

3．3．1 网格划分

3．3．2 仿真工况的设定

3．3．3 边界条件介绍

3．3．4 边界条件设置

3．4 本章小结

4 卡车发动机舱流动与散热性能分析

4．1 卡车发动机舱流场温度场分析

4．1．1 怠速工况分析

4．1．2 最大扭矩工况分析

4．1．3 额定功率工况分析

4．1．4 高速工况分析

4．2 卡车发动机舱散热性能分析

4．2．1 冷却模块性能校核

4．3 本章小结

5 发动机舱结构改进与散热性能分析

5．1 改进方案

5．2 仿真结果对比分析

5．2．1 最大扭矩工况分析对比

5．2．2 冷却模块仿真分析

5．2．3 冷却模块换热功率对比

5．2．4 导流板的作用

5．3 本章小结

6 整车热环境试验分析

6．1 整车热平衡试验

6．2 发动机舱流速测试与分析

6．2．1 测试工具

6．2．2 目标测试点

6．2．3 测量结果与仿真结果对比

6．3 发动机舱温度测试与分析

6．3．1 发动机舱温度测试

6．3．2 试验结果分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

致谢

参考文献

附录