汽车发动机舱热管理的数值模拟研究

发动机是关系到汽车动力性、经济性、排放性能等指标的核心部件,能源、环境以及人为的客观要求使得汽车发动机运行控制标准越来越高。汽车热管技术也是在这个背景下提出的。本文以国家科技支撑计划“商用车并联式混合动力系统开发”项目及校企合作项目“商用车及公交车动力系统总成的冷却及热管理分析”为依托,研究了两种不同车型发动机舱内流动传热状况。 论文分析了热管理的需求及目的,依据需求,提出了基于实验及数值模拟的边界条件获取方法,为发动机舱热管理提供了边界条件；根据边界条件,进行了初步的一维热管理仿真。 论文基于CFD计算理论及需求,结合实际的计算资源的条件,对发动机舱热管理模型做出了假设和简化,基于假设和简化,建立了公交车、载货车三维数值计算模型,并基于标准k-ε湍流模型进行三维数值模拟计算。根据模拟结果对车辆设计中存在的问题做出改进,并修正了一维数值计算。 结合所建立的两车型的三维计算模型,对汽车工程中常见的标准的k-ε模型、RNG k-ε模型、可实现k-ε模型、剪切压力传输模型(SST k-ω)模型等四种湍流模型及RNG模型的有效粘度修正及涡粘性修正两种修正模型进行了模拟分析,比较了他们在计算中的表现及适用性。通过综合比较,得到了可实现k-ε模型较为适合于汽车发动机舱热管理的数值计算、而RNG模型需要采用其改进型来提高其对发动机舱模拟计算精度的结论。 分析了换热器热量空间分布的特性,针对平均体积热源在模拟换热器空间位置对空间热量分布影响时存在问题,提出了非均匀热源法和基于DUAL单元模型法的两种改进方法。计算结果表明,两种计算方法均能改善换热器热量的空间分布状况,对研究换热器空间位置对散热作用的影响,提供了可靠的改进。