汽车机舱热管理仿真分析研究

汽车机舱热管理直接影响到发动机和机舱内零部件的工作性能,进而影响汽车的动力性、安全性、可靠性、排放性及燃油经济性等。数值仿真技术凭借其周期短、成本低、可预先研究等优势在汽车开发过程中得到了广泛的应用。本文以某车企的一款热销微型客车的改款升级为研究背景,利用数值仿真分析方法对汽车机舱冷却进气和热保护进行了研究。汽车机舱冷却进气尤其是散热器进气直接关系到散热器的冷却性能。本文根据车企提供的整车CAD模型和冷却系统试验数据,建立了三维机舱冷却进气数值仿真分析模型和冷却系统一维仿真分析模型及一维/三维联合仿真分析模型。在三维分析模型中,分别运用多孔介质模型和Dual单元模型模拟散热器的流动阻力和换热特性,而冷却风扇则采用风扇模型模拟。在三维仿真分析计算得到散热器进气量的基础上,分别运用一维仿真分析和一维/三维联合仿真分析对冷却系统进行分析,通过对三种分析方法计算得到的散热器冷却液温度结果对比,验证三维分析中Dual单元模型对散热器冷却液温度预测分析的可行性。根据冷却液温度判断散热器进气量是否满足要求,从而对前端进气格栅、导风板和密封条等的性能进行评估。机舱热保护的目的是确保机舱内橡胶、塑料等对温度要求很高的零部件不过热。对流换热和辐射换热是机舱换热的两种主要方式,且二者之间相互耦合。传统CFD分析可以较准确的模拟对流换热,但在考虑热辐射时,将导致收敛困难、计算周期尤其是瞬态计算周期过长。针对上述问题,本文将现有的CFD软件和热分析软件Rad Therm结合起来,建立了一套耦合瞬态分析流程,对汽车加速爬坡过程进行了机舱热保护瞬态分析,并通过仿真计算结果与试验结果的对比,验证了该分析流程在汽车机舱热保护分析中的可行性,从而为机舱热保护设计提供更为有效的指导。