X123轿车发动机舱仿真优化与试验

本文研究的X123目标车型基于成熟的平台开发而成。由于原车型平台开发的年代较早,现在发动机舱内的布置和有关配置已有较大的变化,其发动机冷却系统能力和机舱温度场情况都有较大的变化,具有有一定的优化空间。在当前国内外节能汽车研发浪潮下,此车辆还需要进行一系列的技术升级才能达到期望节能目标。发动机舱的优化可以有效改善发动机工作环境,提高冷却模块工作效率,提高进气效率,提高暖机速度,从而有利于车辆的节能减耗。 本文为了能够在较短的时间周期内对该车型的机舱布置情况进行分析优化,提高对迎面气流的利用率,达到降低能耗提高车辆动力性的目的,在轿车发动机舱仿真优化研究中使用PowerFLOW数字风洞技术,并结合PowerCOOL软件对机舱内温度场和流场分布进行耦合分析,根据实际情况对冷却系统或机舱布置不断完善,最终达到改善发动机机舱工作环境、节能的目的。 本文首先通过建立数字风洞模拟现有环境舱,将保留大量细节的车辆数字模型放置于其中进行虚拟实验。虚拟实验的舱内出风速度、冷却风机出口尺寸、风机与车辆相对位置均由实际实验测量得到,设置为实验边界条件;发动机舱内的发动机表面工作温度也采用表面温度传感器测得,设置为边界条件。经过虚拟实验得到的实验结果与同一工况下的物理实验结果相对比,验证数字模型的准确性,并对偏离进行修正;经过修正的模型针对计算中出现的引起风速分布和温度分布不佳的原因进行改进,并对改进实施后的效果进行计算预测,评估方案的效果。 对仿真计算结果的验证主要是温度分布和风速分布的验证,其中风速的验证主要是冷却模块表面风速的验证。发动机舱内复杂的空间布置制约了传感器的安装布置,通过选用叶轮式风速计,并使用光纤传感器,实现了风速传感器的快速安装和测量,并最终建立起基于LabVIEW虚拟仪器平台风速和温度综合测量系统对仿真结果进行验证。 本文通过对发动机机舱前端进行有效的密封和导流,形成只能通过冷却模块流出的冷却空气通道,优化了车辆前端的进风通道,减少新风泄漏量,整体上提升了冷却系统能力,降低了机舱内平均温度,改善发动机机舱工作环境。研究证明了数字风洞技术在整车虚拟实验中具有非常高的准确性,对于设计方案实验结果的预见具有很高的可信性;另一方面也证明了LabVIEW虚拟仪器技术非常有利于分散测量设备的集成,可帮助技术人员组成个性化测试平台,积累开发经验,提升实验能力,为以后新产品研发奠定基础。