商用车机舱热管理组合因素影响研究

针对商用车低速爬坡工况,采用三维计算流体力学仿真分析对某厂商商用车发动机舱热管理进行研究,重点关注其影响冷却系统散热的机理.选取散热器通风量与出口温度作为试验目标,引入正交试验设计与Box-Behnken试验设计,根据响应面回归函数的建立,分析冷凝器与风扇的移动距离与护风罩尺寸的交互效应,并据此进行优化设计.提出一套适用于发动机舱热管理的试验设计与优化流程,为发动机舱内部冷却系统布置提供参考.研究结果表明:冷却系统在商用车机舱内部的布置影响内流场与温度场的分布情况,进而影响舱内散热特性.经过优化设计后,该商用车散热器通风量增加了5.26%,同时出口温度降低了3.44%,机舱散热效率得到显著提高.

来流方向对百叶窗翅片‒后扩型涡产生器热工水力性能的影响

为改善百叶窗翅片-扁管式热交换器(LFHE)的热工水力性能,将后扩型涡产生器(CFDVG)布置于LFHE冷却管表面,得到百叶窗翅片-后扩型涡产生器(LF-CFDVG)。考虑到主动进气格栅(AGS)的使用将引起热交换器芯部空气来流方向的改变,进一步研究了空气速度为3 m/s时来流方向对LF-CFDVG热工水力性能的影响。结果表明:受CFDVG出现后最小自由流面积减小、空气流速增大而导致的摩擦阻力增加以及CFDVG引起的压差阻力增大的影响,LF-CFDVG的压降Δp总是大于未布置CFDVG的LFHE(Baseline)。在来流方向角γ由0°增加到30°的过程中,受空气流速减小的影响,Baseline和LF-CFDVG中的压降Δp均减小,因此增加γ可降低空气流动阻力。与此同时,在CFDVG诱导形成的纵向涡输送的高速、低温主流对CFDVG间冷却管壁的冲击下,相较于Baseline,LF-CFDVG的对流换热能力显著增强。在γ由0°增加到30°的过程中,受空气流速及纵向涡强度、尺度减小的影响,Baseline和LF-CFDVG中的对流换热系数均减小,因此增加γ有损于换热能力。另外,在γ由0°增加到30°的过程中,LF-CFDVG的综合性能不断降低,因此增加γ不利于综合性能的改善。

冷却管结构及风速对空冷中冷器性能的影响

本文在实验基础上,使用计算流体动力学方法研究了不同空冷中冷器冷却管前缘结构及风速对其冷侧热工水力性能的影响。研究发现,冷却管前缘半径R_(1)相同时,Fanning摩擦因子f随风速的增加而减小,而相同风速不同R_(1)时,f同样随R_(1)的增加而减小,在以R_(1)=0.9 mm为基准时,R_(1)=0 mm的f因子值最大增加12.42%,R_(1)=3.6 mm的f因子值最大减小5.41%;冷却管前缘半径R_(1)相同时,努赛尔数Nu随风速的增加而增大,相同风速不同R_(1)时,Nu同样随R_(1)的增大而减小,在以R_(1)=0.9 mm为基准时,R_(1)=0 mm的Nu最大增加2.22%,而R_(1)=3.6 mm的Nu最大减小1.49%;对于性能评价准则PEC,冷却管前缘半径R_(1)相同时,PEC随风速的增加而增大,而相同风速不同R_(1)时,PEC随R_(1)的增大而增大,在以R_(1)=0.9 mm为基准时,R_(1)=0 mm的PEC值最大降低10.13%,R_(1)=3.6 mm的PEC最大增加3.40%。综上,在R_(1)=3.6 mm、冷侧风速为7.5 m/s时,空冷中冷器冷侧热工水力性能最佳,因此增大R_(1)及风速有助于空冷中冷器冷侧热工水力性能的改善。

冷却管结构及进气方向对空冷中冷器性能的影响

首先,通过试验方法获得了基准空冷中冷器在不同速度时的冷侧静压降和传热系数。然后,采用计算流体力学方法对试验值进行了验证,结果表明,对于静压降,试验值与仿真值的绝对误差不超过7%,而传热系数则不超过15%,说明当前仿真的准确性。接着,继续采用计算流体方法研究了冷侧风速为6 m/s时,不同冷却管前缘半径R_(1)及进气方向β对空冷中冷器冷侧热工水力性能的影响,结果表明,当R_(1)=3.6 mm且β=90°时,Fanning摩擦因子f取得各工况中的最小值;当R_(1)=0 mm且β=90°时,努赛尔数Nu取得各工况中的最大值;当R_(1)=3.6 mm且β=90°时,中冷器热工水力性能综合评价准则PEC取得各工况中的最大值。