車輛散熱器模塊流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的數(shù)值分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、車輛冷卻系統(tǒng)主要由水泵、風(fēng)扇和散熱器模塊等組成，其匹配與調(diào)節(jié)能力直接關(guān)系到整車運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、舒適性以及排放性能。隨著車輛綜合性能的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置、空調(diào)以及液壓設(shè)備等的散熱負(fù)荷相應(yīng)增加，與此同時(shí)，對(duì)冷卻系統(tǒng)工作可靠性、功率消耗以及結(jié)構(gòu)緊湊性提出了更高的要求。在高效緊湊型冷卻系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，散熱器模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是重要的研究?jī)?nèi)容之一。本文采用試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬手段，對(duì)散熱器模塊中的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)與深入的研究，

2、旨在為散熱器模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)尋求理論指導(dǎo)依據(jù)。論文的主要工作內(nèi)容如下： (1)利用計(jì)算流體力學(xué)和數(shù)值傳熱學(xué)方法對(duì)散熱器中流體的流動(dòng)和傳熱進(jìn)行了模擬分析。首先建立了散熱器的三維簡(jiǎn)化幾何模型，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別采用了不同的網(wǎng)格類型進(jìn)行空間區(qū)域的離散。把散熱器芯體簡(jiǎn)化為多孔介質(zhì)，應(yīng)用有限容積法離散控制方程并實(shí)現(xiàn)離散方程的線性化，采用SIMPLEC算法處理壓力一速度耦合問(wèn)題，并用Gauss-Seidel隱式點(diǎn)迭代法結(jié)合代數(shù)多重網(wǎng)格法求解代

3、數(shù)方程。然后對(duì)計(jì)算結(jié)果利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進(jìn)行后處理，獲取散熱器中詳細(xì)的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)等數(shù)據(jù)。 本文首次運(yùn)用CFD方法對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)式散熱器模塊中冷卻空氣的流量分配問(wèn)題進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，經(jīng)散熱器模塊的風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合良好，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的最大偏差為-8．5％，計(jì)算獲得的空氣流量分配比率比較合理。對(duì)油冷器進(jìn)出油口位置對(duì)油冷器的壓力損失和流量分配均勻性的影響的數(shù)值模擬分析表明，在該型油冷器中，油流動(dòng)均勻，進(jìn)出油

4、管位置對(duì)油冷器的流動(dòng)均勻性和壓力損失影響不大。對(duì)油冷器中油和冷卻空氣的耦合傳熱問(wèn)題進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)值的偏差較大。研究結(jié)果表明，壓降的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好，但是耦合傳熱的誤差還偏大，有待進(jìn)一步研究散熱器的耦合傳熱，但計(jì)算獲取的數(shù)據(jù)對(duì)散熱器模塊的匹配設(shè)計(jì)具有一定參考意義。 (2)利用風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)，研究了散熱器間的間距、散熱器熱側(cè)介質(zhì)進(jìn)出口位置等安裝參數(shù)在不同冷卻風(fēng)速下對(duì)散熱器模塊流動(dòng)與傳熱性能的影

5、響，獲得了在不同風(fēng)速下各單體散熱器的風(fēng)阻及散熱性能數(shù)據(jù)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析表明：間距改變對(duì)第一排散熱器的性能影響較小，第二排散熱器的性能隨間距的增大而大幅增強(qiáng)，導(dǎo)致第三排散熱器的散熱性能變差，但增大間距，有利于提高散熱器模塊總的散熱性能；合理布置散熱器熱介質(zhì)的進(jìn)出口位置，有利于提高模塊的散熱性能。該試驗(yàn)研究為散熱器模塊的匹配設(shè)計(jì)提供了參考和依據(jù)。 (3)為了更真實(shí)地模擬實(shí)車環(huán)境，自行開(kāi)發(fā)了整車熱系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)，該系統(tǒng)可以作為車輛冷卻

6、系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，可以用來(lái)研究整車熱量分布情況，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷特性和冷卻系統(tǒng)工作的車用環(huán)境，對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)、部件選型與匹配試驗(yàn)、運(yùn)行控制策略試驗(yàn)和系統(tǒng)集成試驗(yàn)等。本文利用該試驗(yàn)臺(tái)，在某型裝載機(jī)的實(shí)際動(dòng)力艙以及冷卻系統(tǒng)的布置方式下，分別在傳動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)工作時(shí)、液壓系統(tǒng)單獨(dú)工作時(shí)、傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)共同工作時(shí)，測(cè)試了各個(gè)散熱器散熱量的分布情況和風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速的分布。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致原系統(tǒng)過(guò)熱的原因，并提出了