SD16YE推土机发动机舱散热CFD分析及优化

目前国内推土机散热系统的传统设计以经验方法为主,适用于简单散热系统,但是难以满足日益复杂的现代推土机产品设计要求。计算流体动力学(CFD)方法可以较好的展现推土机机舱内影响传热的温度、流速、压力等物理量的变化情况,本文研究了基于CFD的发动机舱热管理系统,建立了机舱数值计算模型,分析确定了CFD计算边界条件和求解策略,进行了流场和温度场仿真计算和分析,得出了发动机部件表面温度过高和风扇与散热器距离偏近的结论,指导结构设计改进的工程实践,并完成了试验验证。研究工作主要包括以下方面：建立了某型推土机散热系统主要部件的三维几何模型,分别完成了发动机机体、排气后处理器、空滤器等部件的几何模型简化；风扇、散热器等关键部件的精确几何模型。模型导入和网格划分采用HyperMesh软件,对于风扇和散热器,进行了小尺寸网格细致划分,网格形式为非结构化的四面体网格单元。选择FLUENT作为求解器,计算模型为κ-ε模型,设定边界条件时,根据样机测试情况进行了修正。求解采用有限体积法对流体偏微分方程进行离散,利用求解压力关联方程的半隐式算法(SIMPLE)对机舱内的流动与传热方程完成了数值计算。仿真计算结果以速度矢量图和温度梯度云图输出。通过对计算结果结合产品设计参数分析,并考虑了实施改进的工程要求,提出影响该推土机散热性能的两个关键因素：(1)发动机舱内存在不合理的高温分布区域,这些高温表面导致散热器入口处空气温度升高；(2)风扇与散热器距离偏小,造成风扇气流紊乱,导致风速降低,散热效率下降。针对CFD仿真分析发现的问题,对发动机舱进行了整改：(1)更换轴向尺寸更短的风扇液压马达,增大风扇与散热器距离,以降低风扇紊流,提高通过散热器的风速；(2)对排气管和涡轮增压器用铝箔隔热板进行了隔热处理,以降低机舱内高温热辐射,降低散热器入口气流温度。然后,对改进后的车辆进行了实测验证,其最低环境适应温度为46.2℃,达到了散热系统的设计要求,也证明了本文方法的有效性。本文采用CFD方法对推土机散热系统进行分析并改进设计,是国内推土机研发领域的一次有益尝试,验证了其在推土机热管理系统优化中的作用,对今后的产品研发有一定的工程参考价值。