基于气动风洞测试的整车热管理CFD分析精

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概要：研讨了在整车开采前期，颠末油泥模子在气动风洞中测试前端模块的风速来标定热办理CFD模子的法子，分解了测试过程和标定法子，使标定后的模子与实验一致性较好。行使标定后的模子也许在项目开采初期提拔热办理机舱内流剖析明确度，使带动机舱内流场的优化做到空气动力学功能和热办理功能的最好均衡。保守的气动CFD剖析和热办理剖析处事是离别举办的，在热办理剖析中更着重温度场的剖析，而空气动力学则更着重流场的剖析。关于前端冷却模块进胸怀节制，换热器参数微风扇参数在前期都是基于单品功能实验输入，与搭载在实车上的功能参数存在较大区别。热办理模子的剖析与标定须要到样车阶段在环模舱举办。因而，关于前期的CFD剖析，存在无模子标定、仿真测试一致性不够的题目[2-5]。本研讨在开采前期，颠末油泥模子在气动风洞中测试前端模块表面风速来标定热办理CFD模子的法子，提拔了热办理CFD剖析精度，为项目开采初期均衡热办理温和动阻力题目供给了参考根据[6-7]。1模子制做与测试法子1.1模子制做风洞实验模子样车通常凭借空气动力学功能开采须要，凭借实车比例制做。模子需切确表白车身外外型，且包含下车体细节和带动机舱起伏通道。由外外型、机舱总成、下车体总成、轮胎总成联合构成。上车体总成指汽车开头外型面（ConceptASurface，CAS），通常由油泥铣削和ABS树脂也许代木和ABS树脂两种方法加工而成，也许精确表白外型每一个细节，如格栅特色、后视镜、分缝、特色线等，一同静止于骨架上，同时保证后视镜可拆卸、机舱盖能平常翻开。下车体紧要包含先后悬架系统、副车架、传动系统、挡泥板、附件等，通常由ABS树脂或ABS和泡沫加工而成，如图1所示。图1油泥模子下车体为了保证散热系统的实在阻抗特点，机舱总成中的冷凝器、中冷器、散热器、风扇紧要由实车样件替代。前端模块支架、机舱各零部件等通常由ABS树脂或ABS树脂+泡沫加工而成，如图2所示。图2油泥模子带动机舱轮胎总成通常包含制动盘、轮盘、轮胎、轮毂、制动钳等，这部份紧要由实车样件替代。1.2测试法子实验取舍在国内某风洞核心举办，也许供给充实平均的流场，包含平均的风速散布、流向散布、低紊流度以及摹拟路面小的边境层厚度，知足工程剖析的须要。为赢得散热器前部风速和散布处境，实验中在冷凝器前部安置了12个叶轮式风速仪，在中冷器前安置了4个叶轮式风速仪，如图3所示。图3冷凝器和中冷器风速仪安置计划实验颠末基于油泥模子的原形态态，举办一系列优化计划的整饬剖析，每种形态对应怠速、中低速、高速3种工况。往日端冷却模块的进风量和车辆的风阻系数Cd值做为考查准则，并与仿真模子举办对照矫正。2测试数据前端冷却模块的进风量是风速与冷却模块面积的积分，关于不异车型，冷却模块一致，面积上总进风量即与面平衡风速成正比瓜葛，思索实验与仿果真比对与标定，采取风速来举办风量的等效对照考证。实验中详细采取车辆原形态态的3种速率工况测试数据，如表1所示，风扇转速见表2。表1三种工况下换热器表面风速实测值续表1：表2风扇转速实测值3CFD模子成立及标定3.1物理模子通常处境下，汽车的行驶速率远小于声速，气流马赫数很低，因而数值计划中通常把空气算做弗成紧缩粘性流体解决[8]。基于CCM+软件的前端进气剖析温和动阻力剖析，触及了汽车的表里流场耦合的颠末，须要知足以下起伏与传热的原形方程组。1.1.1品质守恒方程将空气看做弗成紧缩流体，式中：(ρu为常数，取值为1.，单元为kg/m3；ui为流体速率沿i方位上的份量。1.1.2动量守恒方程式中：p为静压力；为应力矢量；ρgi为i方位上的重力份量；Fi为由于阻力和动力通报而引发的另外能量项。1.1.3能量守恒方程式中：h为焓；k为分子传导率；kt为由于湍流通报而引发的传导率；Sh为界说的体积元。本文中湍流输运方程取舍的Realizablek-ε高雷诺数模子，曾经被有用地用于各类类别的起伏摹拟，包含扭转平均剪切流、管道内起伏以及带有离别的起伏[9]。3.2计划模子3.2.1前端散热模块模子在工程运用中，思索到计划软硬件资本，为了抬高计划效率，通常都将换热器简化为多孔介质模子，须要设定多孔介质的惯性阻尼系数、粘性阻尼系数、孔隙率[10]。风扇采取MRF法子来摹拟，风扇域网格并非实在疏通，而是颠末将动量源加载到风扇叶片扭转扫过地区的网格[11]。本文所研讨的机舱前端冷却模块安置瓜葛如图4所示。图4前端冷却模块安置计划3.2.2边境前提和求解设定流场计划边境前提配置见表1。温度场计划时处境温度配置为40℃，凭借空调系统、动力系统及各个部件的散热功率须要对前端冷却模块输入散热量。对节制方程采取有限体积法举办割裂，对各物理量采取全隐式离别求解，采取SIMPLE算法来耦合压力速率，空间割裂知足二阶精度，能量方程的残差准则配置为10-6，另外项配置为10-3[12]。表3流场计划边境前提设定3.3CFD模子标定前端冷却模块换热器多孔介质的参数凭借单品功能实验猎取，拟合出换热器单品的粘性阻力系数Pv和惯性阻力Pi，由于机舱内流阻力的影响，在整车处境下的换热器阻力系数通常大于台架测试数据[13]。同时，基于工程阅历，由于风扇MRF模子热尾迹的志向化[14]，实践须要的风扇转速通常大于仿果真输入值。模子标定的颠末，一是通精密化格栅和饰条的网格尺寸使仿真模子与实车好像度更高[15]，二是颠末矫正阻力系数微风扇转速这些参数使换热器表面风速的仿真值与实验值趋于一致[16]。颠末调理后仿真模子所赢得的风速值见表4。表4模子标定后3种工况下换热器表面风速仿真值标定后的模子冷凝器与中冷器表面平衡风速仿真成果与实测成果过失小于5%，颠末将换热器表面分地区举办标定矫正也许使标定成果明确度较高[17]。4计划优化针对标定后的热办理模子，在中低速工况下对导流罩计划，以及带动机下护板启齿两种优化计划对前端冷却进气的影响举办研讨。加装导流罩后，由图5的剖析成果可知，气流来到前端模块的速率显然增进，机舱热回流显然裁减，冷凝器气流流量增进8.64%，散热器气流流量增进6.83%，中冷器流量增进5.14%。并且加装导流罩后，颠末领导前端模块前部的气流通顺起伏，裁减了混流，整车气动阻力系数由0.减小至0.。带动机下护板启齿后，冷凝器风速减小1.17%，中冷器风速增进2.05%，其原由在于部份舱内气流从带动机下护板颠末，减小了机舱下半部份的内流阻力，进而中冷的冷却进风量会增大，而用于冷凝器部份由于周边压力减小，会有小量耗散，整车的风阻系数由于内流阻力减小，由0.减小至0.。方今干流的散热气流的出风地位除了不才护板上还也许有许多安排，如图6所示。散热口的形态计划，也也许颠末导流优化计划来调度排气方位，最大限度裁减机舱内湍流和对外流场的影响，如图7所示。图5不异截面风速矢量图散布对照图6散热气流出口地位图7散热口形态优化计划5论断本文提议采取油泥模子在气动风洞中测试前端模块的风量标定热办理CFD模子的法子，在项目开采初期矫正模子，提拔了前端模块进胸怀的明确度。采取该法子能更明确地优化前端模块导流罩等对冷却系统有影响的零部件。关于机舱热爱护而言，零部件的表面临流换热系数在前期就可以赢得较为明确的输入，抬高温度场计划的明确度。该法子也能使带动机舱内流场的优化做到空气动力学功能和热办理功能的最好均衡。除了前端冷却模块的标定，热办理CFD模子标定也许调理的参数尚有整车网格配置、流体边境层设定和湍流模子等，要赢得加倍明确的整车热办理CFD模子还须要洪量的工程研讨和对计划流膂力学加倍深入的明白。

做家：袁侠义，朱宇泽，彭丽娟

广州汽车团体股分有限公司汽车工程研讨院

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