基于CFD方法的汽车中冷器优化设计及仿真分析

摘要

随着汽车工业的发展，非再生能源的紧缺、环境污染的日益严重以及人们生活水平的提高，人们越来越关注汽车尾气污染等排放问题，不再仅仅满足于汽车动力性能和燃油经济性能的提高，同时国家对汽车排放标准的要求也越来越严格，发动机排放性能己经成为汽车设计中一个重要指标。增压中冷系统不仅可以提高发动机功率，还能够显著地降低污染物，对于改善和优化发动机的动力性、经济性和排放性能具有重要的意义。
　　由于中冷器的内部流场复杂性、结构复杂性，这使得实验研究受到了许多限制。本文运用CFD软件对中冷器的散热芯体和翅片的温度场及流场进行了数值模拟分析并对比，可以清楚的了解散热芯体和翅片内部的压力、温度和速度等参数的分布和变化情况。优化其几何结构参数，有效的降低实验设计费用和缩短设计周期。
　　本文在分析中冷器性能的过程中确定以压降作为其流动性能的评价指标，以温降作为其换热性能的评价指标，以密度恢复系数作为其综合性能评价指标。利用三维软件建立中冷器计算域模型，并简化处理;应用workbench和ICEM划分网格;利用实验获取中冷器边界条件，采用Fluent数值计算的方法进行计算分析。获得传统中冷器散热芯体和百叶窗翅片的压力、温度、速度等云图。通过后处理软件可知，研究中冷器结构流场的流动、换热性能特征，发现其性能还具有提升空间。
　　建立新型中冷器三维模型并通过Fluent数值计算分析。获得新型中冷器散热芯体和新型散热翅片的压力、温度、速度云图。与传统中冷器散热芯体和百叶窗散热翅片对比分析，新型中冷器散热芯体压降值降低，流动性能提高;散热量提高，换热性能更优。与传统中冷器百叶窗翅片对比可知，新型中冷器散热翅片压降值增高，流动性能略有降低;散热量增大，换热性能改善，新型散热翅片的综合性能提高。
　　本文对中冷器两侧的流动和换热进行了比较全面的数值模拟，比较了新型中冷器与传统中冷器的流动性能和换热性能的优劣，具有一定的学术意义和工程价值，为汽车冷却系统的匹配选型和优化设计提供了理论依据。