格子波爾茲曼方法的機(jī)艙散熱分析范文
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《計(jì)算機(jī)輔助工程雜志》2014年第三期
1分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
在分析發(fā)動機(jī)艙散熱時，將發(fā)動機(jī)處于最惡劣工作環(huán)境的額定功率點(diǎn)工況作為輸入工況．在64核CPU服務(wù)器上提交計(jì)算，模型運(yùn)行30000時間步后開始一維工具耦合，然后每隔5000時間步進(jìn)行一次耦合，全部計(jì)算時間約5d．進(jìn)入散熱器的冷卻介質(zhì)溫度是最重要的計(jì)算參數(shù)，按照目標(biāo)值設(shè)定為輸入?yún)?shù)．在得到實(shí)驗(yàn)參數(shù)時將實(shí)測值代入一維工具中進(jìn)行耦合計(jì)算，得到的散熱器冷卻介質(zhì)出口溫度與實(shí)測值僅相差0．1℃，見表2．計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合非常好．機(jī)艙內(nèi)幾何模型解析度越高，對機(jī)艙內(nèi)流場和通過換熱器的空氣質(zhì)量流率的預(yù)測就越準(zhǔn)確，因而對冷氣介質(zhì)出口溫度的預(yù)測也越準(zhǔn)確．由于采用精細(xì)模型所消耗的計(jì)算時間太長，不利于及時得到分析結(jié)果并對優(yōu)化方案進(jìn)行評估．因此，在完成基礎(chǔ)車與實(shí)驗(yàn)車的對標(biāo)后，需要對基準(zhǔn)分析車型的精細(xì)度進(jìn)行一定程度的縮減，在保證計(jì)算精度在可接受范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上縮短計(jì)算周期．通過縮減可以將計(jì)算時間控制在2d左右，工作效率大大提升．
2結(jié)果分析
由圖3(a)可知，氣流加速通過中網(wǎng)進(jìn)入冷凝器及散熱器，由于受前面橫梁的影響，氣流向上、下分離，并形成偏角;從上隔柵進(jìn)入發(fā)動機(jī)艙的氣流由于受到上隔柵形狀以及導(dǎo)流板角度的影響，進(jìn)入艙內(nèi)的速度較低，在前保險杠后、上隔柵與中隔柵之間的區(qū)域形成較大的渦流，對進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的空氣流量影響較大．同時，散熱器支架與周圍零部件間由于密封不嚴(yán)而存在一定程度的流體泄露，也會影響進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的空氣流量．由于中冷器置于前保險杠下端，氣流經(jīng)過前保險杠下端后不易進(jìn)入中冷器，因此在中冷器前面加導(dǎo)流裝置，將流經(jīng)前保險杠的高速氣流引導(dǎo)到中冷器．
3優(yōu)化方案
針對以上問題，在可接受的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，提出格柵造型優(yōu)化、格柵開口優(yōu)化和艙內(nèi)密封優(yōu)化等方案以及各種組合方案，選取其中效果最好的一種方案，見圖3(b):上格柵開口面積增大20%，調(diào)整格柵的形狀和角度到比較合理的范圍，對牌照與上格柵間前保險杠的倒角進(jìn)行圓滑處理．從圖3(b)中可以明顯看出，進(jìn)入上格柵的空氣速度明顯增大，進(jìn)入冷卻系統(tǒng)的氣流速度也得到提升，氣流方向更合理，因此確保冷卻系統(tǒng)前氣流的通暢性是今后考慮布置所必須關(guān)注的．優(yōu)化前后參數(shù)對比見表3，可知，優(yōu)化后上格柵的進(jìn)氣量得到顯著的提升，平均速度得到較大幅度的提高，進(jìn)入散熱器的氣流速度更平均;受到上格柵氣流結(jié)構(gòu)的影響，通過下格柵的進(jìn)氣量有所下降、平均速度有所降低，但是通過散熱器的散熱效率有所提升，散熱器的散熱量提升2．5kW．
4結(jié)論
利用格子波爾茲曼方法完成發(fā)動機(jī)艙散熱一維/三維耦合分析，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)優(yōu)化方案，改善機(jī)艙內(nèi)部的流場特性，提高冷卻系統(tǒng)的散熱能力．(1)利用CFD軟件建立整車和機(jī)艙的詳細(xì)模型，進(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)艙冷卻系統(tǒng)性能分析模擬，得到發(fā)動機(jī)艙內(nèi)速度場和溫度場分布，為機(jī)艙布置及車身造型提供參考．(2)分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對標(biāo)分析的一致性，為通過虛擬方法判斷冷卻系統(tǒng)性能提供準(zhǔn)確、有效的指導(dǎo)．(3)進(jìn)氣通道的通順性和冷卻系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)的均勻性直接影響其散熱能力和效率．
作者：李小華余顯忠姜瓊單位：江鈴汽車股份有限公司整車性能及測試部