某汽车冷却系统热管理的匹配优化研究

随着汽车发动机舱内各种零部件的不断增多,其内部环境逐渐恶劣,因此汽车机舱热管理成为了国内外研究者关注的重点,其研究内容主要包括发动机舱内的气流流动特性和冷却系统冷却能力。与试验对比,计算机仿真能够降低开发的成本,减少开发周期。本文以某款排气后置汽车为例,采用计算机仿真与试验相结合的方法对发动机舱以及冷却系统展开以下研究。1)利用CFD软件建立了整车发动机舱的有限元模型,计算得到发动机舱内流场,研究冷却系统空气侧流动特性。对排气后置型整车三维模型进行前处理,包括对整车几何模型简化、采用包面和重构的方法划分面网格、通过Trim网格分区域划分法生成体网格,最后计算爬坡、高速工况下发动机舱内流场,发现在爬坡工况下发动机舱内环境较为恶劣。2)通过一维与三维耦合匹配计算可以对样车冷却系统散热性能进行有效的评估。根据三维模型计算及企业提供的试验数据得到一维计算模型的边界条件,建立发动机冷却系统的一维数值模型。对三维计算结果进行数据传递,得到了爬坡工况下一维与三维耦合模型,发现该工况下散热器的出水温度过低。3)针对爬坡工况下散热器出水温度过低,改变三维模型中的冷凝器与散热器布置方式、风扇转速以及散热器迎风面积,保持冷却系统的其他参数不变,利用所建立的汽车发动机冷却系统的一维与三维耦合模型计算得到10m/s～40m/s范围内散热器出水温度的变化规律。得到该三种因素的较优范围:散热器后置较优;风扇转速在1400rpm～1800rpm之间较优;散热器迎风面积在600mm×450mm～650mm×450mm范围内较优。再对样车进行整车热平衡试验,结果表明:仿真值与试验测量结果误差较小,均满足实际工程要求,验证了仿真计算的准确性。