基于冷却部件布置的重型卡车机舱内流特性研究

基于冷却部件布置的重型卡车机舱内流特性研究

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文集编号: 2015012305664

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随着现代汽车技术的发展,发动机的负荷日益加重,发动机舱过热的问题日益凸显。而汽车发动机舱内空气的流动特性与汽车的内流阻力、发动机舱的散热性能密切相关,本文采用计算流体力学(CFD)的方法对某重型卡车发动机舱内的空气流动特性进行仿真研究。本文主要研究冷凝器、中冷器、水箱散热器和风扇这些冷却部件位置的改变对发动机舱内流场空气流动和散热的影响。本文先对某重型卡车的复杂几何模型进行简化,然后在前处理软件Hypermesh中划分一套高质量的面网格,然后在通用热流分析软件STAR-CCM+中完成体网格的划分、计算求解以及后处理。仿真过程中,冷却部件冷凝器、中冷器和散热器采用多孔介质模型,风扇采用多参考坐标系(MRF)进行数值模拟。数值仿真模型的流体区域包括卡车外流场和发动机舱内流场耦合的空气流动区域以及水箱散热器进水室、散热器芯子和出水室内的冷却液体的流动区域,散热器中的气体流域和液体流域通过建立交界面来耦合计算。本文主要对某重型卡车在40℃的高温环境中爬坡时最大扭矩点的工况进行模拟,此时卡车车速低,发动机负荷重,发动机最容易发生过热的现象。对原型卡车的发动机舱内流场的仿真结果进行后处理得到发动机舱内空气的速度分布和温度分布,根据后处理结果分析发动机舱内的流场结构、流动特性和温度场的分布规律。水箱散热器出水管的仿真监测温度值为109.02℃,发动机过热。分析发动机舱内冷却部件的布置对流场和温度场的影响,提出冷却部件布置可能的改进方案,再采用同样的边界条件设置进行仿真分析。对卡车原型的冷却部件的布置共提出三种改进分案,其中方案三分为五个小方案。分别对每个改进方案进行仿真分析,对结果进行对比分析。主要对每个方案中发动机舱内冷却部件位置的变化对流场结构的影响进行对比分析,并且对比不同方案下发动机舱内的温度分布。监测不同方案下流过散热部件的冷却空气流量以及水箱散热器出水管的温度,结果显示方案一和方案三的布置方案都对水箱散热器的散热性能有所改善,而方案二的布置方案不利于本文所研究的重型卡车的发动机舱散热。通过对比分析找出方案一和方案三中水箱散热器散热性能最好的冷却部件布置方案,可以使水箱散热器的冷却空气流量比原型增加了6.7%。最后对原型卡车发动机最大扭矩点工况时水箱散热器的散热性能进行试验分析,测得水箱散热器进、出水管的水温随时间变化的曲线,取平衡时的数据点作平均值得到水箱散热器出水管的水温,与仿真值作对比,相对误差为9.5%,工程上认为在可接受范围内。

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