车辆冷却模块热管理和噪声研究

汽车冷却模块对前舱热管理、噪声等方面评估影响很大。改善冷却模块散热性能、降低噪声对改善车辆行驶安全性、舒适性等有重要意义。由于冷却模块所处的前舱结构十分复杂,传统设计方法周期长、成本高。本文基于流体力学、气动声学等理论知识,开展了冷却模块在热管理和噪声两方面的研究,主要分析内容及成果如下。首先,分析冷却模块的热管理特性。以分析车型前舱作为热管理研究对象,采用三维、一维及联合仿真的计算方法,对三种典型工况(怠速,爬坡和高速)时前舱的流场和温度场进行了数值求解,探讨各换热部件的散热性能,并与环境舱试验结果进行对比分析。结果表明:三维仿真可以较为精准的得到前舱流体流动分布特性;一维热仿真时间短,可以快速指导换热部件的匹配;结合一维和三维的联合仿真结果具有两者的优势,在流场和温度场上精度均较高。其次,分析冷却模块的噪声分布特性。建立流场模型,在稳态下求解冷却模块周围气体流动特性,与相关气动试验数据进行对比验证。接着通过瞬态计算,基于涡声理论对冷却风扇周围声源分布进行探讨。最后在LMS Virtual.Lab中采用边界元方法进行声源等效,求解监测点声压级和空间分布。结果表明:冷却模块气动噪声主要来源于风扇旋转的离散噪声;进出风口声压级有一定差异;增加等效声源数量可以在一定程度上提高计算精度。最后,对恶劣工况时冷却模块的布置进行多方案虚拟优化。通过仿真计算得出以下结论:在热管理方面,中冷器下置方案相对于其他两种方案,综合性能相对较优;在噪声方面,冷却模块气动噪声主要取决于风扇自身形式,包括结构和转速等,冷却模块的布置对噪声影响有限。本文主要对冷却模块周围温度和噪声特性进行了分析和优化,并通过相关试验进行验证,为冷却模块在这两方面的设计和开发提供了一定理论指导。