格子波尔兹曼方法的机舱散热分析范文

《计算机辅助工程杂志》2014年第三期

1分析和实验验证

在分析发动机舱散热时，将发动机处于最恶劣工作环境的额定功率点工况作为输入工况．在64核CPU服务器上提交计算，模型运行30000时间步后开始一维工具耦合，然后每隔5000时间步进行一次耦合，全部计算时间约5d．进入散热器的冷却介质温度是最重要的计算参数，按照目标值设定为输入参数．在得到实验参数时将实测值代入一维工具中进行耦合计算，得到的散热器冷却介质出口温度与实测值仅相差0．1℃，见表2．计算值与实验值吻合非常好．机舱内几何模型解析度越高，对机舱内流场和通过换热器的空气质量流率的预测就越准确，因而对冷气介质出口温度的预测也越准确．由于采用精细模型所消耗的计算时间太长，不利于及时得到分析结果并对优化方案进行评估．因此，在完成基础车与实验车的对标后，需要对基准分析车型的精细度进行一定程度的缩减，在保证计算精度在可接受范围内的基础上缩短计算周期．通过缩减可以将计算时间控制在2d左右，工作效率大大提升．

2结果分析

由图3(a)可知，气流加速通过中网进入冷凝器及散热器，由于受前面横梁的影响，气流向上、下分离，并形成偏角;从上隔栅进入发动机舱的气流由于受到上隔栅形状以及导流板角度的影响，进入舱内的速度较低，在前保险杠后、上隔栅与中隔栅之间的区域形成较大的涡流，对进入冷却系统的空气流量影响较大．同时，散热器支架与周围零部件间由于密封不严而存在一定程度的流体泄露，也会影响进入冷却系统的空气流量．由于中冷器置于前保险杠下端，气流经过前保险杠下端后不易进入中冷器，因此在中冷器前面加导流装置，将流经前保险杠的高速气流引导到中冷器．

3优化方案

针对以上问题，在可接受的设计范围内，提出格栅造型优化、格栅开口优化和舱内密封优化等方案以及各种组合方案，选取其中效果最好的一种方案，见图3(b):上格栅开口面积增大20%，调整格栅的形状和角度到比较合理的范围，对牌照与上格栅间前保险杠的倒角进行圆滑处理．从图3(b)中可以明显看出，进入上格栅的空气速度明显增大，进入冷却系统的气流速度也得到提升，气流方向更合理，因此确保冷却系统前气流的通畅性是今后考虑布置所必须关注的．优化前后参数对比见表3，可知，优化后上格栅的进气量得到显著的提升，平均速度得到较大幅度的提高，进入散热器的气流速度更平均;受到上格栅气流结构的影响，通过下格栅的进气量有所下降、平均速度有所降低，但是通过散热器的散热效率有所提升，散热器的散热量提升2．5kW．

4结论

利用格子波尔兹曼方法完成发动机舱散热一维/三维耦合分析，并与实验数据进行对比验证，在此基础上提出改进优化方案，改善机舱内部的流场特性，提高冷却系统的散热能力．(1)利用CFD软件建立整车和机舱的详细模型，进行汽车发动机舱冷却系统性能分析模拟，得到发动机舱内速度场和温度场分布，为机舱布置及车身造型提供参考．(2)分析结果与实验数据对标分析的一致性，为通过虚拟方法判断冷却系统性能提供准确、有效的指导．(3)进气通道的通顺性和冷却系统进风的均匀性直接影响其散热能力和效率．

作者：李小华余显忠姜琼单位：江铃汽车股份有限公司整车性能及测试部