前置客车发动机舱散热性能分析与提升

前置客车发动机舱散热性能分析与提升 数值计算前处理 模型标定 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 总结 主要结构 4 5 技术路线 软件平台 1 SOLIDWORKS2 ANSYS14 0 简化几何模型 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 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 全流场计算域选择 一般原则 车前方3倍车长 车后方6倍车长 车上方5倍车高 车侧面6倍车宽 网格划分 发动机舱及车周区域采用非结构性网格 远离车周的外流场区域采用结构性网格 全流场共生成混合体单元1060万 考虑到发动机舱流场梯度较大 对其周围进行网格加密 边界条件 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 边界条件 机舱传感器布置 温度测试监控 P1 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 边界条件 发动机舱空间点示意图 空间截面示意图 Y 600mm 2模型标定 周围的温度在31 42 8 范围 进行积分平均得到温度约为37 4 空气滤清器 X 1700mm 周围的温度在29 5 39 范围 进行积分平均得到温度约为34 2 副水箱 该区域流场梯度较大 其周围的温度在34 3 53 8 之间 进行积分平均得到温度约为43 6 进气总管截面温度云图 Z 230mm Z 230mm 进气总管 标定分析 非发热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 以最大扭矩点工况进行模型标定 其结果如下 点p2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存在误差 综合考虑并参照文献 认为误差在10 以内模型是可靠 发动机舱流场特性分析 3流场与温度场特性分析 最大扭矩点 Y 0 额定功率点 发动机舱温度场特性分析 经过油底壳 散热器下部和变速器等部件 油底壳周围的空气温度60 左右 散热器前面有部分回流热空气 温度约45 在扭矩点和功率点 散热器下部的温度分别约75 和100 Z 150mm 额定功率点 最大扭矩点 Z 75mm 经过缸体 冷却系中部以及空气滤清器与副水箱上部 最大扭矩点和额定功率点工况下 散热器中部的最高温度分别约78 和90 空滤后上方的温度分别为50 和46 左右 发动机舱温度场特性分析 额定功率点 最大扭矩点 Z 300mm 发动机舱温度场特性分析 经过缸盖 进气歧管 排气歧管和涡轮增压器等部件 在两种工况下 散热器上部都出现一定的积热 进气歧管周围的空气温度则分别在40 和45 左右 另外 发动机舱前端左右两侧都有部分回流热空气 温度约40 额定功率点 最大扭矩点 方案1 风扇导流罩 4结构改进对机舱热环境的影响 方案1 风扇导流罩 H1最大扭矩点 H2最大扭矩点 方案2 鼓包圆弧面 将台阶式连接改为圆弧相切连接 过渡半径180 6mm 方案2 鼓包圆弧面 额定功率点 改进后涡流几乎消失 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 最大扭矩点 方案3 散热器导风罩 导风罩在115 夹角极限位置时 最大扭矩工况下导风罩表面最大速度约9m s 在额定功率工况下 最大速度约22m s 额定功率点 最大扭矩点 方案3 散热器导风罩 中冷器进风量 中冷器进风量 散热器出口面平均温度 4结构改进对机舱热环境的影响 方案比较 最大扭矩点发动机舱空间流线对比 最大扭矩点纵向对称面温度对比 Y 0 各方案空间点温度 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2和方案3比方案1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3为最佳方案 1 2 3 4 5 5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