車輛散熱器模塊流動與傳熱問題的數(shù)值分析與試驗研究.pdf

1、車輛冷卻系統(tǒng)主要由水泵、風(fēng)扇和散熱器模塊等組成，其匹配與調(diào)節(jié)能力直接關(guān)系到整車運行的經(jīng)濟性、可靠性、舒適性以及排放性能。隨著車輛綜合性能的不斷提高，發(fā)動機及傳動裝置、空調(diào)以及液壓設(shè)備等的散熱負荷相應(yīng)增加，與此同時，對冷卻系統(tǒng)工作可靠性、功率消耗以及結(jié)構(gòu)緊湊性提出了更高的要求。在高效緊湊型冷卻系統(tǒng)開發(fā)中，散熱器模塊的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)是重要的研究內(nèi)容之一。本文采用試驗測試和數(shù)值模擬手段，對散熱器模塊中的流動與傳熱問題進行了較為系統(tǒng)與深入的研究，

2、旨在為散熱器模塊的優(yōu)化設(shè)計尋求理論指導(dǎo)依據(jù)。論文的主要工作內(nèi)容如下： (1)利用計算流體力學(xué)和數(shù)值傳熱學(xué)方法對散熱器中流體的流動和傳熱進行了模擬分析。首先建立了散熱器的三維簡化幾何模型，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分別采用了不同的網(wǎng)格類型進行空間區(qū)域的離散。把散熱器芯體簡化為多孔介質(zhì)，應(yīng)用有限容積法離散控制方程并實現(xiàn)離散方程的線性化，采用SIMPLEC算法處理壓力一速度耦合問題，并用Gauss-Seidel隱式點迭代法結(jié)合代數(shù)多重網(wǎng)格法求解代

3、數(shù)方程。然后對計算結(jié)果利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進行后處理，獲取散熱器中詳細的壓力場和速度場等數(shù)據(jù)。 本文首次運用CFD方法對并聯(lián)結(jié)構(gòu)式散熱器模塊中冷卻空氣的流量分配問題進行了三維數(shù)值模擬，經(jīng)散熱器模塊的風(fēng)洞試驗驗證，數(shù)值計算結(jié)果與實驗符合良好，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗值的最大偏差為-8．5％，計算獲得的空氣流量分配比率比較合理。對油冷器進出油口位置對油冷器的壓力損失和流量分配均勻性的影響的數(shù)值模擬分析表明，在該型油冷器中，油流動均勻，進出油

4、管位置對油冷器的流動均勻性和壓力損失影響不大。對油冷器中油和冷卻空氣的耦合傳熱問題進行了三維數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗值的偏差較大。研究結(jié)果表明，壓降的數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果符合良好，但是耦合傳熱的誤差還偏大，有待進一步研究散熱器的耦合傳熱，但計算獲取的數(shù)據(jù)對散熱器模塊的匹配設(shè)計具有一定參考意義。 (2)利用風(fēng)洞試驗技術(shù)，研究了散熱器間的間距、散熱器熱側(cè)介質(zhì)進出口位置等安裝參數(shù)在不同冷卻風(fēng)速下對散熱器模塊流動與傳熱性能的影

5、響，獲得了在不同風(fēng)速下各單體散熱器的風(fēng)阻及散熱性能數(shù)據(jù)。對試驗結(jié)果的分析表明：間距改變對第一排散熱器的性能影響較小，第二排散熱器的性能隨間距的增大而大幅增強，導(dǎo)致第三排散熱器的散熱性能變差，但增大間距，有利于提高散熱器模塊總的散熱性能；合理布置散熱器熱介質(zhì)的進出口位置，有利于提高模塊的散熱性能。該試驗研究為散熱器模塊的匹配設(shè)計提供了參考和依據(jù)。 (3)為了更真實地模擬實車環(huán)境，自行開發(fā)了整車熱系統(tǒng)測試平臺，該系統(tǒng)可以作為車輛冷卻

6、系統(tǒng)研究與開發(fā)的基礎(chǔ)，可以用來研究整車熱量分布情況，模擬發(fā)動機熱負荷特性和冷卻系統(tǒng)工作的車用環(huán)境，對冷卻系統(tǒng)進行系統(tǒng)性能評價試驗、部件選型與匹配試驗、運行控制策略試驗和系統(tǒng)集成試驗等。本文利用該試驗臺，在某型裝載機的實際動力艙以及冷卻系統(tǒng)的布置方式下，分別在傳動系統(tǒng)單獨工作時、液壓系統(tǒng)單獨工作時、傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)共同工作時，測試了各個散熱器散熱量的分布情況和風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速的分布。通過對試驗結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致原系統(tǒng)過熱的原因，并提出了