燃料電池汽車前端進氣數(shù)值模擬與測量技術(shù).pdf

1、在石油資源日益枯竭、環(huán)境日益惡化的今天，世界知名汽車公司和科研機構(gòu)都把目光投向了節(jié)能、環(huán)保的燃料電池汽車。發(fā)動機艙熱管理是燃料電池汽車開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。通過研究燃料電池汽車前端進氣并據(jù)此對發(fā)動機艙進行結(jié)構(gòu)和布置優(yōu)化是改善發(fā)動機艙熱管理的有效途徑。前端進氣的測量技術(shù)是進行發(fā)動機艙熱管理測試的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對燃料電池汽車前端進氣及葉輪式風(fēng)速計在前端進氣測量中的應(yīng)用進行了數(shù)值計算和試驗研究。 首先基于計算流體力學(xué)(Computati

2、onal Fluid Dynamics，CFD)，應(yīng)用FLUENT軟件對燃料電池汽車發(fā)動機艙內(nèi)流場進行定常數(shù)值計算，以燃料電池散熱器的進氣量為主要評價參數(shù)，研究了雙風(fēng)扇系統(tǒng)中風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向、風(fēng)扇罩的作用、格柵角度、冷卻部件的相對位置等因素對冷卻性能產(chǎn)生的影響。同時，對發(fā)動機艙內(nèi)的三維流場、風(fēng)扇消耗的功率等進行比較分析，對前端和冷卻模塊的布置提出建議。研究結(jié)果表明：對于采用雙風(fēng)扇系統(tǒng)的燃料電池車，兩側(cè)風(fēng)扇都向外旋轉(zhuǎn)，可以有效提高前端進氣量

3、，增加進氣的均勻性；提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是改善前端進氣的有效途徑，但提高轉(zhuǎn)速也會使風(fēng)扇的能量消耗迅速上升，在保證冷卻模塊散熱的前提下，采用較低的轉(zhuǎn)速有利于減小風(fēng)扇的能耗；風(fēng)扇罩對于增加進氣量和改善散熱器進氣均勻性效果明顯，在進行冷卻模塊設(shè)計時應(yīng)該予以采用；格柵對前端進氣有導(dǎo)向作用，條形格柵比平面格柵在中高速時更有利于前端進氣，當(dāng)格柵導(dǎo)向角在-30°～30°變化時，前端進氣量在3％范圍內(nèi)變化，從保證前端進氣的角度應(yīng)取格柵導(dǎo)向角在-15°～0°之間

4、；冷卻模塊的布置對前端進氣影響明顯，從保證前端進氣量的角度，燃料電池散熱器和其后部的冷卻模塊之間間隙應(yīng)該盡量小，而在保持風(fēng)扇罩與PCU散熱器和主冷凝器連接的前提下，改變風(fēng)扇到散熱器之間的距離，對前端進氣量影響不大。 葉輪式風(fēng)速計是進行前端進氣測量的常用試驗儀器。針對汽車前端進氣的測量，本文重點對葉輪式風(fēng)速計的方向敏感性、葉輪陣列的氣動阻力特性以及進行前端進氣測量時風(fēng)速計對發(fā)動機艙流場的影響和葉輪的使用數(shù)量等問題進行了數(shù)值和試驗研

5、究。研究發(fā)現(xiàn)：葉輪式風(fēng)速計具有方向敏感性。當(dāng)測量角度在0-30°時，其測量值即為來流風(fēng)速在葉輪軸線方向上的分量。應(yīng)用其進行前端進氣測量時，所測得結(jié)果與實際通過前端模塊的氣流量比較接近。葉輪陣列的氣動阻力與來流風(fēng)速成二次函數(shù)關(guān)系，并且遠遠小于散熱器的氣動阻力。在前方來流均勻的情況下，葉輪陣列對于其后方的散熱器入口氣流分布影響很小。應(yīng)用葉輪式風(fēng)速計進行前端進氣的測量時，測量裝置對散熱器的進氣量及其入口處的速度分布影響都較小。利用CFD方法對