1、2021/8/51前置客车发动机舱散热性能分析与提升2021/8/52数值计算前处理数值计算前处理 模型标定模型标定流场与温度场特性分析流场与温度场特性分析 1 2 3结构改进对机舱热环境的影响结构改进对机舱热环境的影响总结总结主要主要结构结构 4 52021/8/53是否否计算结果分析与结构改进方案典型工况 实验测试典型工况下数值计算改进后典型工况下数值计算建立简化物理模型网格化处理建立数值模型优化后计算结果分析改进是否有效？确定改进方案模型标定计算模型是否可靠？是改进验证 实验测试技术路线软件平台:1、SOLIDWORKS2、ANSYS14.02021/8/54l简化几何模型简化几何模型
2、车身结构考虑格栅对于前端进风的影响，忽略车身结构考虑格栅对于前端进风的影响，忽略车周后视镜、挡风玻璃等结构；车周后视镜、挡风玻璃等结构；机舱内考虑悬架、转向机舱内考虑悬架、转向和制动等系统的影响；对舱内细小的管道、电缆等以及对和制动等系统的影响；对舱内细小的管道、电缆等以及对流场影响不大的部件予以忽略或简化处理。流场影响不大的部件予以忽略或简化处理。1 数值计算前处理数值计算前处理2021/8/55l全流场计算域选择全流场计算域选择 一般原则：一般原则：车前方车前方3 3倍车长，车后方倍车长，车后方6 6倍车长，车上方倍车长，车上方5 5倍倍车车高，车侧面高，车侧面6 6倍车宽倍车宽。3L6L
3、6HLH2.5WW2.5W2021/8/56l网格划分网格划分 发动机舱及车周区域发动机舱及车周区域采用非结构性网格，远离车采用非结构性网格，远离车周的外流场区域采用结构性周的外流场区域采用结构性网格。全流场共生成混合体网格。全流场共生成混合体单元单元1060万。万。考虑到发动机舱流场考虑到发动机舱流场梯度较大，对其周围进行梯度较大，对其周围进行网格加密。网格加密。2021/8/57l边界条件边界条件名称名称设置设置入口条件入口条件 速度入口速度入口 湍流强度湍流强度 I=5%环境温度环境温度30出口条件出口条件压力出口压力出口 101325Pa非发热部件非发热部件固壁无滑移壁面固壁无滑移壁面
4、发热部件发热部件温度壁面温度壁面地面地面移动壁面移动壁面散热器、中冷器散热器、中冷器换热器模型换热器模型风扇风扇三维实体风扇三维实体风扇MRF模型模型压力出口 固壁滑移地面速度入口 外流场边界示意图外流场边界示意图 模拟中汽车被认为是匀速向前运动的，来流方向垂直于车头平面。2021/8/58l边界条件边界条件 机舱机舱传感器布置传感器布置 温度测试温度测试监控监控2021/8/59P1-机舱后部 p2-增压器与发电机间 p3-机舱右部 P4-空滤后上方 p5-左前轮上方 p6-油底壳左下方l边界条件边界条件 发动机舱发动机舱空间点示意图空间点示意图 空间截面示意图空间截面示意图2021/8/5
5、10Y=-600mmY=-600mm2 模型标定模型标定周围的温度在周围的温度在31-42.831-42.8范围，进行积分平均得到温度约为范围，进行积分平均得到温度约为37.437.4。l空气滤清器空气滤清器2021/8/511X=1700mmX=1700mm周围的温度在周围的温度在29.5-3929.5-39范围，进行积分平均得到温度约为范围，进行积分平均得到温度约为34.234.2。l副水箱副水箱2021/8/512 该区域该区域流场梯度较大流场梯度较大，其，其周围的温度在周围的温度在34.3-53.834.3-53.8之间，之间，进行积分平均得到温度约为进行积分平均得到温度约为43.64
6、3.6。进气总管截面温度云图（进气总管截面温度云图（Z=230mm）Z=230mmZ=230mml进气总管进气总管2021/8/513l标定分析标定分析 部件部件 温度（温度（）空气滤清器空气滤清器副水箱副水箱进气总管进气总管计算值计算值37.434.243.6实验值实验值39.333.441.9 误差（误差（%）4.82.44.1空间点空间点 温度（温度（）P1P2P3P4P5P6计算值计算值67.261.364.449.652.149.2实验值实验值70.286.166.851.552.852.3 误差（误差（%）4.328.83.63.71.35.9非发热壁面温度计算值与实验值对比非发热
7、壁面温度计算值与实验值对比机舱空间点温度计算值与实验值对比机舱空间点温度计算值与实验值对比以最大扭矩点工况进行模型标定，其结果如下：以最大扭矩点工况进行模型标定，其结果如下：点点p2p2位于涡轮增压器旁，实验现场由于涡轮增压器被橡胶罩包裹其壁面温位于涡轮增压器旁，实验现场由于涡轮增压器被橡胶罩包裹其壁面温度无法测试，导致出现较大偏差。实际操作时传感器的布置位置及其精度等也度无法测试，导致出现较大偏差。实际操作时传感器的布置位置及其精度等也存在误差。综合考虑并参照文献，认为误差在存在误差。综合考虑并参照文献，认为误差在10%10%以内模型是可靠。以内模型是可靠。2021/8/514l发动机舱流场
8、特性分析发动机舱流场特性分析3 流场与温度场特性分析流场与温度场特性分析最大扭矩点最大扭矩点 Y=0Y=0额定功率点额定功率点2021/8/515l发动机舱温度场特性分析发动机舱温度场特性分析 经过油底壳、散热经过油底壳、散热器下部和变速器等部件器下部和变速器等部件。油底壳周围的空气温度油底壳周围的空气温度6060左右，散热器前面左右，散热器前面有部分回流热空气，温有部分回流热空气，温度约度约4545。在扭矩点和。在扭矩点和功率点，功率点，散热器下部的散热器下部的温度温度分别约分别约7575和和100100。Z=-150mm Z=-150mm额额定定功功率率点点 最最大大扭扭矩矩点点 2021
9、/8/516 Z=75mm Z=75mm 经过缸体经过缸体、冷却系中冷却系中部以及空气滤清器与副水部以及空气滤清器与副水箱上部。最大扭矩点和额箱上部。最大扭矩点和额定功率点工况下，散热器定功率点工况下，散热器中部的最高温度分别约中部的最高温度分别约7878和和9090，空滤后上方，空滤后上方的温度分别为的温度分别为5050和和4646左右。左右。l发动机舱温度场特性分析发动机舱温度场特性分析额额定定功功率率点点 最最大大扭扭矩矩点点 2021/8/517Z=300mmZ=300mml发动机舱温度场特性分析发动机舱温度场特性分析 经过缸盖，进气歧经过缸盖，进气歧管、排气歧管和涡轮增管、排气歧管和
10、涡轮增压器等部件。在两种工压器等部件。在两种工况下，散热器上部都出况下，散热器上部都出现一定的积热，进气歧现一定的积热，进气歧管周围的空气温度则分管周围的空气温度则分别在别在4040和和4545左右。左右。另外，发动机舱前端左另外，发动机舱前端左右两侧都有部分回流热右两侧都有部分回流热空气，温度约空气，温度约4040。额额定定功功率率点点 最最大大扭扭矩矩点点 2021/8/518l方案方案1：风扇导流罩：风扇导流罩4 结构改进对机舱热环境的影响结构改进对机舱热环境的影响风扇导流罩风扇导流罩 H1=h/2H2=2h/32021/8/519l方案方案1：风扇导流罩：风扇导流罩H1H1最大扭矩点最
11、大扭矩点 H2H2最大扭矩点最大扭矩点 2021/8/520l方案方案2：鼓包圆弧面：鼓包圆弧面 将台阶式连接改为圆弧相切连接，过渡半径将台阶式连接改为圆弧相切连接，过渡半径180.6mm。2021/8/521l方案方案2：鼓包圆弧面：鼓包圆弧面 额定功率点额定功率点 改进后改进后涡流几乎消失，涡流几乎消失，流场整体出流速度增大，特别是在额流场整体出流速度增大，特别是在额定功率下，速度增大十分明显定功率下，速度增大十分明显。最大扭矩点最大扭矩点 2021/8/522l方案方案3：散热器导风罩：散热器导风罩 导风罩在导风罩在115115夹角夹角极限位置时，极限位置时，最大扭矩工最大扭矩工况下况下
12、导风罩表面导风罩表面最大速度最大速度约约9m/s9m/s，在额定功率工况，在额定功率工况下，最大速度下，最大速度约约22m/s22m/s。额定功率点额定功率点 最大扭矩点最大扭矩点2021/8/523l方案方案3：散热器导风罩：散热器导风罩中冷器进风量中冷器进风量 中冷器进风量中冷器进风量 散热器出口面平均温度散热器出口面平均温度 2021/8/524方案方案内容内容方案方案1风扇导流罩风扇导流罩(H2)方案方案2风扇导流罩风扇导流罩(H2)+散热器导风罩散热器导风罩方案方案3风扇导流罩风扇导流罩(H2)+散热器导风罩散热器导风罩+鼓包圆弧面鼓包圆弧面4 结构改进对机舱热环境的影响结构改进对机
13、舱热环境的影响l方案比较方案比较2021/8/525l最大扭矩点发动机舱空间流线对比最大扭矩点发动机舱空间流线对比2021/8/526l最大扭矩点纵向对称面温度对比（最大扭矩点纵向对称面温度对比（Y=0）2021/8/527l各方案空间点温度各方案空间点温度2021/8/528l散热器出口面平均温度散热器出口面平均温度 相比初始模型，各方案温度均有所降低，但方案相比初始模型，各方案温度均有所降低，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，从而也验证了散热器导风罩的作用。综合的效果更好，从而也验证了散热器导风罩的作用。综合所有的分析结果可知，方案所有的分析结果可知，方案3 3为
14、最佳方案。为最佳方案。2021/8/529123455 总结总结 冷却系出风口的回流对机舱内温度分布影响明显，而合冷却系出风口的回流对机舱内温度分布影响明显，而合理地设计风扇导流罩能有效改善这一问题。理地设计风扇导流罩能有效改善这一问题。鼓包罩后端的台阶式连接增大了流动阻力，阻碍了热流散鼓包罩后端的台阶式连接增大了流动阻力，阻碍了热流散发，改为圆弧相切连接则能较好地改善出风环境。发，改为圆弧相切连接则能较好地改善出风环境。从提高进风量的角度出发，散热器导风罩增大了冷却系迎从提高进风量的角度出发，散热器导风罩增大了冷却系迎风面积，从而提升其散热能力，同时改善了前端涡流。风面积，从而提升其散热能力，同时改善了前端涡流。通过各方案的对比，要有效地改善发动机舱的散热能力，通过各方案的对比，要有效地改善发动机舱的散热能力，应综合考虑冷却系的进风、出风以及通道流动阻力。应综合考虑冷却系的进风、出风以及通道流动阻力。2021/8/530问题？问题？
