冷却部件布置对发动机舱散热性能的影响与优化研究

汽车在国民生活中扮演着越来越重要的角色,随着汽车综合性能的不断提升以及发动机舱布局的日益紧凑,整车的散热负荷也越来越大,发动机舱的散热问题也日益凸显。发动机舱的散热性能直接影响着整车的可靠性与经济性,而冷却部件的布置方式对发动机舱的散热性能有着直接的影响。本文采用计算流体力学(CFD)数值模拟计算与试验验证相结合的方法,对发动机舱的流场及温度场进行了分析,特别是从冷却部件布置方式的角度对发动机舱的散热性能进行了优化。本文主要的研究内容及成果如下:(1)发动机舱数值计算模型的建立。(1)选择合适的湍流模型、离散格式、离散方法以及流场计算算法,为发动机舱内外流场及温度场的分析做了理论准备;(2)建立起了发动机舱的数值仿真模型,以ANSA和Fluent软件为工具对该车型的三维几何模型做了适当的简化和网格划分,给出了一套精度相对较高的实车1:1比例网格模型以及相应的风洞模型,并分析了边界条件的设置方法及原因。(2)冷却部件布置对发动机舱散热性能的影响研究。(1)对原布置下,高速工况和模拟爬坡工况中发动机舱的流场及温度场进行研究,结果表明:该车型发动机舱内整体流场存在可改进之处;(2)对比分析了高速工况下CRFM和CFRM这两种布置方式对发动机舱散热性能的影响;(3)研究了CRFM布局下,冷凝器与散热器以及风扇与散热器之间的间距对散热器进风量的影响;(4)通过三因素三水平的正交试验提出了冷却部件的最优布置方案,将高速及模拟爬坡工况下散热器的冷却空气流量分别提升了9.60%和11.36%。(3)优化方案的试验验证。对原车及风扇后移的改进样车在两种极限工况下进行热平衡试验,研究发动机舱的散热性能是否满足设计要求,并将仿真结果与真实情况进行了对比验证。试验结果表明:(1)该车型的冷却部件的散热性能均能满足设计要求,两种工况下各部位的温度均未超标;(2)散热器进风量的仿真结果与试验值基本一致,误差均在±6%以内,验证了仿真结果的正确性,这也可以推断出正交试验得到的冷却部件布置的优化方案具有可行性。