前置客車發(fā)動機艙散熱性能分析與提升

1、前置客車發(fā)動機艙散熱性能分析與提升數(shù)值計算前處理數(shù)值計算前處理 模型標定模型標定流場與溫度場特性分析流場與溫度場特性分析 1 2 3結構改進對機艙熱環(huán)境的影響結構改進對機艙熱環(huán)境的影響總結總結主要主要結構結構 4 5是否否計算結果分析與結構改進方案典型工況 實驗測試典型工況下數(shù)值計算改進后典型工況下數(shù)值計算建立簡化物理模型網(wǎng)格化處理建立數(shù)值模型優(yōu)化后計算結果分析改進是否有效？確定改進方案模型標定計算模型是否可靠？是改進驗證 實驗測試技術路線軟件平臺:1、solidworks2、ansys14.0l簡化幾何模型簡化幾何模型 車身結構考慮格柵對于前端進風的影響，忽略車周后車身結構考慮格柵對于前端進

2、風的影響，忽略車周后視鏡、擋風玻璃等結構；視鏡、擋風玻璃等結構； 機艙內考慮懸架、轉向和制動等機艙內考慮懸架、轉向和制動等系統(tǒng)的影響；對艙內細小的管道、電纜等以及對流場影響系統(tǒng)的影響；對艙內細小的管道、電纜等以及對流場影響不大的部件予以忽略或簡化處理。不大的部件予以忽略或簡化處理。1 數(shù)值計算前處理數(shù)值計算前處理l全流場計算域選擇全流場計算域選擇 一般原則：一般原則：車前方車前方3 3倍車長，車后方倍車長，車后方6 6倍車長，車上方倍車長，車上方5 5倍車倍車高，車側面高，車側面6 6倍車寬。倍車寬。3l6l6hlh2.5ww2.5wl網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分 發(fā)動機艙及車周區(qū)域發(fā)動機艙及車周區(qū)域采用

3、非結構性網(wǎng)格，遠離車采用非結構性網(wǎng)格，遠離車周的外流場區(qū)域采用結構性周的外流場區(qū)域采用結構性網(wǎng)格。全流場共生成混合體網(wǎng)格。全流場共生成混合體單元單元1060萬。萬。 考慮到發(fā)動機艙流場考慮到發(fā)動機艙流場梯度較大，對其周圍進行梯度較大，對其周圍進行網(wǎng)格加密。網(wǎng)格加密。l邊界條件邊界條件名稱名稱設置設置入口條件入口條件 速度入口速度入口 湍流強度湍流強度 i=5%環(huán)境溫度環(huán)境溫度30出口條件出口條件壓力出口壓力出口 101325pa非發(fā)熱部件非發(fā)熱部件固壁無滑移壁面固壁無滑移壁面發(fā)熱部件發(fā)熱部件溫度壁面溫度壁面地面地面移動壁面移動壁面散熱器、中冷器散熱器、中冷器換熱器模型換熱器模型風扇風扇三維實體

4、風扇三維實體風扇mrf模型模型壓力出口 固壁滑移地面速度入口 外流場邊界示意圖外流場邊界示意圖 模擬中汽車被認為是勻速向前運動的，來流方向垂直于車頭平面。l邊界條件邊界條件 機艙傳感器布置機艙傳感器布置 溫度測試監(jiān)控溫度測試監(jiān)控p1-機艙后部 p2-增壓器與發(fā)電機間 p3-機艙右部 p4-空濾后上方 p5-左前輪上方 p6-油底殼左下方l邊界條件邊界條件 發(fā)動機艙空間點示意圖發(fā)動機艙空間點示意圖 空間截面示意圖空間截面示意圖y= -600mmy= -600mm2 模型標定模型標定周圍的溫度在周圍的溫度在31-42.831-42.8范圍，進行積分平均得到溫度約為范圍，進行積分平均得到溫度約為37

5、.437.4。l空氣濾清器空氣濾清器x=1700mmx=1700mm周圍的溫度在周圍的溫度在29.5-3929.5-39范圍，進行積分平均得到溫度約為范圍，進行積分平均得到溫度約為34.234.2。l副水箱副水箱 該區(qū)域流場梯度較大，其周圍的溫度在該區(qū)域流場梯度較大，其周圍的溫度在34.3-53.834.3-53.8之間，之間，進行積分平均得到溫度約為進行積分平均得到溫度約為43.643.6。進氣總管截面溫度云圖（進氣總管截面溫度云圖（z=230mm）z=230mmz=230mml進氣總管進氣總管l標定分析標定分析 部件部件 溫度（溫度（）計算值計算值實驗值實驗值 誤差（誤差（%）空氣濾清器空

6、氣濾清器37.439.34.8副水箱副水箱34.233.42.4進氣總管進氣總管43.641.94.1空間點空間點 溫度（溫度（）計算值計算值實驗值實驗值 誤差（誤差（%）p167.270.24.3p261.386.128.8p364.466.83.6p449.651.53.7p552.152.81.3p649.252.35.9非發(fā)熱壁面溫度計算值與實驗值對比非發(fā)熱壁面溫度計算值與實驗值對比機艙空間點溫度計算值與實驗值對比機艙空間點溫度計算值與實驗值對比以最大扭矩點工況進行模型標定，其結果如下：以最大扭矩點工況進行模型標定，其結果如下： 點點p2p2位于渦輪增壓器旁，實驗現(xiàn)場由于渦輪增壓器被橡

7、膠罩包裹其壁面溫位于渦輪增壓器旁，實驗現(xiàn)場由于渦輪增壓器被橡膠罩包裹其壁面溫度無法測試，導致出現(xiàn)較大偏差。實際操作時傳感器的布置位置及其精度等也度無法測試，導致出現(xiàn)較大偏差。實際操作時傳感器的布置位置及其精度等也存在誤差。綜合考慮并參照文獻，認為誤差在存在誤差。綜合考慮并參照文獻，認為誤差在10%10%以內模型是可靠。以內模型是可靠。l發(fā)動機艙流場特性分析發(fā)動機艙流場特性分析3 流場與溫度場特性分析流場與溫度場特性分析最大扭矩點最大扭矩點 y=0y=0額定功率點額定功率點l發(fā)動機艙溫度場特性分析發(fā)動機艙溫度場特性分析 經(jīng)過油底殼、散熱經(jīng)過油底殼、散熱器下部和變速器等部件。器下部和變速器等部件。

8、油底殼周圍的空氣溫度油底殼周圍的空氣溫度6060左右，散熱器前面左右，散熱器前面有部分回流熱空氣，溫有部分回流熱空氣，溫度約度約4545。在扭矩點和。在扭矩點和功率點，散熱器下部的功率點，散熱器下部的溫度分別約溫度分別約7575和和100100。 z=-150mm z=-150mm額額定定功功率率點點 最最大大扭扭矩矩點點 z=75mm z=75mm 經(jīng)過缸體、冷卻系中經(jīng)過缸體、冷卻系中部以及空氣濾清器與副水部以及空氣濾清器與副水箱上部。最大扭矩點和額箱上部。最大扭矩點和額定功率點工況下，散熱器定功率點工況下，散熱器中部的最高溫度分別約中部的最高溫度分別約7878和和9090，空濾后上方，空濾

9、后上方的溫度分別為的溫度分別為5050和和4646左右。左右。l發(fā)動機艙溫度場特性分析發(fā)動機艙溫度場特性分析額額定定功功率率點點 最最大大扭扭矩矩點點 z=300mmz=300mml發(fā)動機艙溫度場特性分析發(fā)動機艙溫度場特性分析 經(jīng)過缸蓋，進氣歧經(jīng)過缸蓋，進氣歧管、排氣歧管和渦輪增管、排氣歧管和渦輪增壓器等部件。在兩種工壓器等部件。在兩種工況下，散熱器上部都出況下，散熱器上部都出現(xiàn)一定的積熱，進氣歧現(xiàn)一定的積熱，進氣歧管周圍的空氣溫度則分管周圍的空氣溫度則分別在別在4040和和4545左右。左右。另外，發(fā)動機艙前端左另外，發(fā)動機艙前端左右兩側都有部分回流熱右兩側都有部分回流熱空氣，溫度約空氣，溫

10、度約4040。額額定定功功率率點點 最最大大扭扭矩矩點點 l方案方案1：風扇導流罩：風扇導流罩4 結構改進對機艙熱環(huán)境的影響結構改進對機艙熱環(huán)境的影響風扇導流罩風扇導流罩 h1=h/2h2=2h/3l方案方案1：風扇導流罩：風扇導流罩h1h1最大扭矩點最大扭矩點 h2h2最大扭矩點最大扭矩點 l方案方案2：鼓包圓弧面：鼓包圓弧面 將臺階式連接改為圓弧相切連接，過渡半徑將臺階式連接改為圓弧相切連接，過渡半徑180.6mm。l方案方案2：鼓包圓弧面：鼓包圓弧面 額定功率點額定功率點 改進后渦流幾乎消失，流場整體出流速度增大，特別是在額改進后渦流幾乎消失，流場整體出流速度增大，特別是在額定功率下，速

11、度增大十分明顯。定功率下，速度增大十分明顯。 最大扭矩點最大扭矩點 l方案方案3：散熱器導風罩：散熱器導風罩 導風罩在導風罩在115115夾角夾角極限位置時，最大扭矩工極限位置時，最大扭矩工況下導風罩表面最大速度況下導風罩表面最大速度約約9m/s9m/s，在額定功率工況，在額定功率工況下，最大速度約下，最大速度約22m/s22m/s。 額定功率點額定功率點 最大扭矩點最大扭矩點l方案方案3：散熱器導風罩：散熱器導風罩中冷器進風量中冷器進風量 中冷器進風量中冷器進風量 散熱器出口面平均溫度散熱器出口面平均溫度 方案方案內容內容方案方案1風扇導流罩風扇導流罩(h2)方案方案2風扇導流罩風扇導流罩(

12、h2)+散熱器導風罩散熱器導風罩方案方案3風扇導流罩風扇導流罩(h2)+散熱器導風罩散熱器導風罩+鼓包圓弧面鼓包圓弧面4 結構改進對機艙熱環(huán)境的影響結構改進對機艙熱環(huán)境的影響l方案比較方案比較l最大扭矩點發(fā)動機艙空間流線對比最大扭矩點發(fā)動機艙空間流線對比l最大扭矩點縱向對稱面溫度對比（最大扭矩點縱向對稱面溫度對比（y=0）l各方案空間點溫度各方案空間點溫度l散熱器出口面平均溫度散熱器出口面平均溫度 相比初始模型，各方案溫度均有所降低，但方案相比初始模型，各方案溫度均有所降低，但方案2 2和方案和方案3 3比方案比方案1 1的效果更好，從而也驗證了散熱器導風罩的作用。綜合的效果更好，從而也驗證了散熱器導風罩的作用。綜合所有的分析結果可知，方案所有的分析結果可知，方案3 3為最佳方案。為最佳方案。123455 總結總結 冷卻系出風口的回流對機艙內溫度分布影響明顯，而合冷卻系出風口的回流對機艙內溫度分布影響明顯，而合理地設計風扇導流罩能有效改善這一問題。理地設計風扇導流罩能有效改善這一問題。鼓包罩后端的臺階式連接增大了流動阻力，阻礙了熱流散鼓包罩后端的臺階式連接增大了流動阻力，阻礙了熱流散發(fā)，改為圓弧相切連接則能較好地改善出風環(huán)境。發(fā)，改為圓弧相切連接則能較好地