基于耦合模型的汽车发动机舱散热特性的研究.pdf

硕士学位论文摘要后置式汽车机舱内的空气动力性与传热性能对发动机安全性和汽车工作稳定性有重要的影响,而机舱内的空气动力性与传热性能与机舱的结构设计密切相关。现代汽车功能要求的增加和乘坐空间的扩张,使机舱结构变得越来越紧凑。紧凑的空间很容易使机舱的通风和散热状况变差,尤其容易使后置式汽车机舱的过热问题变得更为严重。因此,机舱散热性能的研究与优化对实现发动机舱的合理设计具有关键的作用。以往的机舱散热性能研究,主要依靠经验系数和实验测试数据,所采集的信息量有限,因此难以整理出机舱散热规律。基于已知工况条件下的散热边界条件, 通过模拟流场和温度场空间分布规律,3D模型可以计算机舱流动阻力特性和边界层散热情况。通过设定阻力系数、传热系数和环境温度,冷却系统1D模型可以模拟发动机散热情况随不同工况的变化规律。本文通过对后置式汽车机舱进行现场试验,整理了不同工况下机舱内部件表面温度分布情况。M和GT-COOL软件分别建立了机舱3D风洞模型和发动机冷却系统1D模型,并通过参数传递建立了1D/3D人工耦合模型。基于冷却系统热平衡理论,剔除影响发动机散热的次要因素,本文由此确定了1 D/3D 人工耦合模型传递参数。通过与直接耦合方法对比,lD/3D人工耦合方法更适合于本文的机舱散热特性研究。在耦合建模过程中,利用现场试验数据分别对模型进行了标定和验证,从而保证耦合仿真的合理性。在1D模型的设定方面,根据冷却风扇额定转速下的性能推导了不同转速下风机性能拟合多项式,将冷却风扇性能与发动机转速匹配起来,从而还原了实际机舱工作情况。本文利用人工耦合模型计算了不同环境温度、道路坡度和车速条件下的机舱散热情况,对发动机舱综合阻力系数、平均对流传热系数和主流温升变化情况进行了计算分析,拟合了相应的经验关联式。计算结果表明:低速条件下机舱容易产生较大空气回流,机舱综合阻力系数大,低速情况下提高车速可以明显减小综合阻力系数:机舱平均对流传热系数随车速的提高呈幂函数增长规律,随机舱综合阻力系数的增大而减小,这说明机舱流场对传热系数存在重要影响;机舱主流温升随发动机负荷的升高而增大,随车速的提高而减小,这说明一定负荷条件下车速影响机舱流场温度的大小。机舱综合阻力系数、平均对流传热系数和主流温升,反映了车速和机舱结构对空气流动和机舱散热的影响,为整理机舱散热规律、评价机舱散热性能提供了方法和依据。基于上述建立的机舱平均对流传热系数和主流温升经验关联式,可 H 基于耦合模型的汽车发动机舱散热特性研究以使发动机冷却系统1D模型脱离耦合环境独立运行,为机舱散热研究和冷却系统设备优化提供更加有效、快捷的计算方法。关键词:发动机舱;耦合模型;阻力系数;传热系数 Abstract Aerodynamic and heat trans ferperformance ofthe rear-mounted engine cabin have i瑚【portantinfluence on security ofengine and stability ofvehic le thev are also closely related tothe structuraldesign ofengine the increasing functional demands ofmodern automobile and expansion ofpassenger space,the structure ofengine cabin es more and e above will deteriorate theperformance of ventilation and heat transfer,especially for its overlleating problem of rear—mounted engine ,the research and optimizatio n on cabin heatdissipationplay akey roleinthe rationaldesign ofeng ine cabin. The cooling performance ofengine cabininthepast researches mainly depended on emp irical coefficiems and experimental test tothelimitedamo unt of c011ected mfIornlation,it was difficult tO sort out the law ofengine cabin heat tran