刘佳鑫(1983),男,博士研究生.研究方向:工程机械系统节能.E-mail:nihao9002002@yahoo.com.cn
为了提升车辆散热器模块性能,保证车辆工作可靠性,在已有的研究基础上提出3种改进方案,依据图纸资料建立动力舱三维模型,使用热交换模型代替散热器模块,结合CFD数值方法在虚拟风洞内对各改进方案进行仿真,根据仿真结果进行评估。结果表明:3种改进方案均能提高车辆散热器模块性能,其中在消声器附近增加空气出口效果最好,与原始模型对比,中冷器、水、液压油散热器热流体出口温度分别降低了14.48%、1.39%、2.28%。
In order to improve the vehicle radiator capacity and keep vehicle reliable, three new improvement schemes were proposed on the foundation of former research. A 3D model based on the drawing from manufactures was set up. Heat exchange model was used as substitute for radiator module. Each improved model was simulated in virtual tunnel with commercial CFD software. These schemes were assessed based on the simulations. The results show that all of three schemes could enhance radiator performance. Addition of air exits near muffler has the best effect. Compared with original model, the intercooler, water radiator and oil radiator of the improved schemes could lower the thermal fluid outlet temperature by 14.48%, 1.39% and 2.28%, respectively.
工程车辆动力舱内具有较多的发热部件,这些部件的布置形式、工况载荷均会影响散热器模块性能及动力舱内热流场特征[
本文在已有研究的基础上,结合国内某型压路机使用ANSYS/CFD数值仿真模块对散热器传热性能进行分析,主要涉及冷却风扇与散热器组之间的布置方式、增加动力舱空气出口两方面对散热器模块性能变化的影响。
式中:
风扇几何尺寸确定后,面向大气的风扇静压近似表达为关于体积流量平方的二次函数。利用式(1)可以初步拟合多转数下的面向大气时风扇静压值来表征风扇性能。
目前的国内外研究大部分采用散热器压阻与换热量作为其性能表征。本文采用效能单元法
式中:
散热器压阻
式中:
为获取散热器压阻与换热特性,本文结合供应商提供的资料,提取所需的变量对性能曲线进行拟合。
根据生产厂商提供的设计图纸建立动力舱三维模型。为了便于网格划分,尽量在不影响仿真结果的前提下对模型进行简化,具体模型如图1所示:
风洞模型参见文献[7-9]。1-空气滤清器;2-动力舱空气出口A、B;3-动力舱;4-发动机机体;5-消声器;6-振动轮;7-冷却风扇;8-导风罩;9-动力舱空气进口;10-液压油散热器;11-水散热器;12-中冷器;13-燃油箱
温度边界、网格划分、工况选定、实验验证具体见文献[7-9],选用标准湍流模型[
在保持动力舱内各部件总体位置不变的前提下,提出3种可行的改进方案:①调整冷却风扇相对于散热器组的轴向距离。将冷却风扇沿轴向远离散热器组方向移动12.5 mm。②调整冷却风扇相对于散热器组的径向位置。将冷却风扇沿径向方向移动37 mm,使冷却风扇居中。③增加高温区域动力舱空气出口,在消声器附近增加两个空气出口。各改进方案在原方案基础上通过修改模型几何特征实施,依照改进方案分别建立模型1、模型2、模型3,具体如图2所示:
由图3可知
模型3流经中冷器空气温度变化明显,该模型中水散热器内部空气绿色高温区域最小,液压油散热器下端的高温区已消失。与原模型相比,模型1、模型3中散热器散热效率有所提升,较明显特征是水散热器出口处的黄色高温区消失。
由图4可知:
模型1散热器内部出现较大范围的连续低压区,加大冷却风扇与散热器组间的距离使得冷却风扇前端空气流动性得以充分改善。模型3散热器进出口压强差绝对值较高。与原模型相比,模型1、模型2散热器进出口压差均有所增大。
由图5可知:
改进模型在冷却风扇出口处温度变化不明显,但在发动机及消声器附近温度变化较大,其中模型1中的黄色高温区范围较广。模型3中高温区域较小是由于其附近的高温气体从新增出口流出,具体见图6:
由图7可知:
由于改进模型仅针对散热器模块及动力舱出口,所以动力舱内部的压强变化趋势相差不大。
提取原模型与3种改进模型中散热器热流体出口温度,具体如表1所示:
由表1可知,改进模型3综合效果最好,该模型通过减少热空气在动力舱内的滞留时间、减少热空气回流改善了散热器模块热环境,同时改进模型3实施成本较低,易于实现。
以国内某型双钢轮振动压路机为研究对象,利用热交换模型和CFD数值方法对车辆散热模块换热性能进行了仿真研究。针对提出的3种改进方案分别建立模型并进行仿真,结合仿真结果对方案进行了评估,为实际的车辆散热系统设计提供了一定参考依据。
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