某轿车发动机舱散热性能仿真分析及优化

发动机舱作为汽车主要部件的集成区域,其舱内的流场特性不仅影响整车内流阻力,还对舱内部件散热影响较大。舱内的散热特性将直接影响整车的总体性能,因此对发动机舱内散热特性及流场进行准确且深入研究是非常有必要的。随着车辆整体性能的大步提升,人们对发动机舱热管理的要求也越来越苛刻。因此,发动机舱热管理技术还有很大的发展及优化空间。本文以某实车为研究对象,采用计算流体力学的方法对舱内流场及温度场进行仿真分析,结合仿真结果对下进气格栅及风罩扰流板进行多目标优化设计,采用不同的边界加载方法进行仿真并对比其优缺点。主要研究内容如下:(1)运用CFD软件对怠速、低速爬坡、高速爬坡、高速四种工况下发动机舱内的流场特性及温度场特性进行研究,并获得关键部件的表面温度分布。(2)对四种工况的仿真结果进行对比分析,发现在高速工况下舱内存在局部高温。结合汽车内流场特性,分析舱内冷却气流的流动状态,得出其舱内局部高温产生的原因并提出优化方案。(3)根据对四种工况下流场和温度场的对比,发现下进气格栅和风罩扰流板对舱内的散热特性影响较大,对初始模型尺寸选取合适的变量优化设计范围,运用联合仿真方法在高速工况下进行多目标优化,得到舱内散热性能最佳且进气量最大方案。(4)基于优化方案,采用两种风扇区域模型与两种热边界条件组合的方式(实体风扇与表面温度,Fan边界与表面温度,实体风扇与等效散热量,Fan边界与等效散热量)进行仿真计算,分析其对流场、温度场的分布及对舱内散热性能的影响。通过本次研究得出以下几个主要结论:(1)上、下格栅的进气量与车速均呈正相关,但下格栅的进气效率高于上格栅;(2)针对本模型,下进气格栅,栅条角度与风罩扰流板角度分别取16.6°、25.6°时,进入格栅和风罩的空气流量达到最大值,且吊耳表面温度达到最低,值为147.6℃;(3)通过验证发现,当选用等效散热量的热边界加载方法时,各部件表面温度分布更符合真实情况;(4)采用Fan边界的加载方法对舱内部件的温度分布与采用实体风扇时较为一致。因此,在无实体风扇时可采用Fan边界代替。本文研究了汽车在不同行驶工况下与不同的边界加载方法对发动机舱内流场与温度场的影响,为汽车发动机舱前期开发提供一定的参考。