计算流体力学论文关于基于计算流体力学的汽车制动盘散热特性论文范文参考资料

基于计算流体力学的汽车制动盘散热特性的计算流体力学论文(1)青岛理工大学青岛学院机电工程系，山东青岛266106；2.北京航空航天大学通信科学与技术学院北京工程学院，100191；3.东风汽车公司技术中心商品企划部，武汉430058，湖北)基于计算流体力学方法，对轮拱轮内气流的运动轨迹进行了数值模拟，分析了导流通道对制动盘散热特性的影响。结果表明，导流槽可以在保持风阻系数基本不变的情况下，提高刹车盘的散热效果。关键词：计算流体动力学；汽车制造；导流渠道；制动盘。散热性能；车轮拱轮：a:U270:1009-2374(xx)13-0009-02 DOI:10.13535/j . ki . 11-4406/n . xx . 13.005当车辆处于紧急制动、频繁制动或连续下坡制动时，制动盘的温度会急剧上升，这很容易导致严重的交通事故，如制动失灵或轮胎着火。如何使制动盘在工作过程中快速冷却下来是汽车安全行驶的前提。通常，制动盘安装在车轮内部，其冷却过程与辐条和轮拱等外围部件的结构和布置密切相关。因此，分析轮拱结构对制动盘散热特性的影响具有重要的工程意义。近年来，国内外学者对汽车制动动力学做了大量的研究。阿瑟斯蒂芬斯(Arthur Stephens)用实验方法测量了旋转径向通风制动盘在各种实际工况下的内部空气流量。测试条件包括：单个制动盘在静态空气中旋转；制动盘安装在车轮的相应位置后，它在静止的空气中旋转。将制动盘安装在车轮上，在流动的空气中旋转，用真实车辆的四分之一模拟道路制动情况。研究结果表明，与单个制动盘的制动效果相比，四分之一真实车辆模拟的道路制动工况下制动盘内部通道的空气流量明显减少。类似地，学者如通用汽车公司的沃勒也发现，车轮的存在确实削弱了制动盘的散热效果。为了提高汽车制动的冷却效率，郑WQ首次提出了一种扇形轮辐结构，在不改变制动盘结构的情况下，可以增强汽车的对流散热效果，并应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic，简称CFD)方法研究了轮辐数量和轮辐扭转角对制动盘冷却效果的影响规律。托马斯舒茨优化了车身结构，旨在提高制动的散热效果。从发动机排出的气流直接排放到制动区域，这大大增加了通过车轮结构和制动盘的气流。为了增加轮拱内的气体流量，增强车辆的制动和散热效果，以车轮和车轮所在的轮拱为研究对象，在车身结构的进气格栅和轮拱之间增加导流通道，并利用计算流体力学方法分析其对制动盘散热性能的影响。1数值模型的建立以普通汽车的车身结构(基准轮拱的长度、宽度和高度分别为2681.7毫米、1196.37毫米和943.72毫米)为研究对象，在距汽车底盘8厘米的高度增加一条入口面积为7000平方毫米的导流槽。采用有限元方法建立三维数值模型，将车轮总成结构分别划分为四面体网格、六面体网格和四面体混合网格。在验证独立于网格的解决方案之后，最终确定网格单元的总数为1520204。有限元模型中各部件的主要参数是轮辐、轮辋和螺栓部件的密度为7840千克/立方米，定压比热为465焦耳/(千克)，导热系数为48W/(千克)；制动鼓密度为7570千克/立方米，定压比热为470焦耳/(千克)，导热系数为36瓦/(千克)；空气密度为1.029千克/立方米，动力粘度系数为2.061车身设置为非滑动边界条件，由稳态解算器求解。汽车车轮制动鼓散热时，车轮和车身周围空气的对流传热问题是一个非定常三维不可压缩流动传热问题，需要满足以下连续方程、动量方程和能量方程：其中：u是速度分量；t是温度；是动态粘度系数；f是质量力；是密度；Cp是恒定压力下的比热；k是热导率。在计算车轮和车身外部的流动和传热问题时，还应考虑车轮结构内部的热传导问题，即应满足方程(3)中的能量方程。一阶迎风格式用于描述动量和能量方程的离散格式，基于压力求解器的隐式求解算法用于求解方程(1)至(3)。结果分析增加导流通道后，车轮制动盘表面对流换热系数分布云图如图1所示。从图中可以看出，制动盘表面的平均对流换热系数有所提高，增加导流通道后达到91.97W/m2K。带有附加导流通道的车轮中计算的气流轨迹如图2所示。从图2中可以看出，导流通道打开后，轮拱内部的流场分布非常复杂。由于叶轮的旋转及其复杂的几何形状，形成了大量的流动分离和涡流。车辆前方的气流通过导流通道进入轮拱，部分气流通过车轮外侧直接进入周围空气。另一部分在流过制动盘表面后以涡流的形式消散到轮拱的外部，从而增强了制动盘的散热效果。结论本文采用计算流体力