队列行驶下车辆发动机舱散热特性数值模拟研究

伴随着经济发展,我国汽车保有量逐年增加,在满足社会发展需要的同时,也带来了一系列问题,如能源危机,排放污染加重及交通拥堵等。能源危机、排放污染已经成为了全球性的难题。汽车队列行驶是智能交通系统中的一种行驶模式,即汽车以不同的行车间距、数量组成一列,通过速度、位置传感器等设备使电脑及相关通讯设备可以控制汽车,实现汽车行驶的智能化。队列行驶模式能有效减少汽车行驶时的气动阻力,降低燃油消耗与废气排放,同时可以提高道路的通行能力,减少拥堵。因为队列行驶的诸多好处,很多学者对其进行了研究,但大多数研究只关注队列中车辆的气动阻力变化,而队列行驶在减少燃油消耗的同时也会对车辆的发动机舱散热特性产生影响。因此本文采用数值模拟的方法对队列行驶车下辆发动机舱散热特性进行了研究。本文采用1:1卡车几何模型,对模型细节及一些附件进行了简化处理,首先对该车在最大扭矩点处的工况进行仿真,并在该工况进行实车道路热平衡试验,验证了仿真方法的正确性。之后对卡车的队列行驶工况进行研究,卡车以90km/h的速度匀速行驶,首先对单车行驶进行仿真计算,分析了单车行驶时的速度场、压力场,得到散热空气流量及冷却液温度等参数用于与队列行驶工况进行对比。然后对两车队列行驶情况下的发动机舱散热特性进行研究,选择10个行车间距,探索车辆发动机舱的散热特性与行车间距的关系。研究发现相比于单车行驶,在队列行驶时,队列中车辆的气动阻力都降低了,且后车的气动阻力始终小于前车的气动阻力,影响了车辆的燃油消耗量,使散热系统的散热量发生变化;同时发现后车散热组件的散热空气流量减少了;机舱内的温度及冷却液的温度也比单车行驶时高,且在0.4倍车长以内的距离时受影响较大。最后对三辆车的队列行驶进行研究,选取与两车队列行驶相同的行车间距及速度进行仿真计算,对中车及后车的气动阻力、散热空气流量及冷却液温度数值进行分析,在气动阻力方面,队列中车辆的气动阻力都小于单车的气动阻力,但各车气动阻力随着行车间距的变化比两车队列行驶情况更为复杂;在散热空气流量方面,中车与后车的冷却空气流量都发生了降低,且中车的流量略微大于后车的流量,随着距离的增加中车与后车的流量都出现了先减小后稳定的趋势;在温度方面中车及后车的机舱内温度及冷却液温度都升高了,在0.4倍车长以内时受到的影响较大。综合以上结果,跟随车辆的发动机舱内温度总是会比单车行驶时高,且在近距离行驶时受影响较大,尤其在0.4倍车长以内时,发动机有开锅的危险,在远距离行驶时虽然影响较小,但发动机舱内及冷却液的温度依然会升高。因此在进行队列行驶时,虽然小行车间距可节省更多的燃油,但是在近距离行驶如0.4倍车长以内时,不仅要考虑队列整体的燃油经济性,还应考虑车辆的发动机舱散热问题。