某N1類車型熱管理仿真分析

胡 杰（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某N1類車型熱管理仿真分析

胡 杰
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先對整車熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)過程中的仿真分析過程進(jìn)行了內(nèi)容描述。然后以解決某N1車型熱平衡問題為載體，展開介紹發(fā)動(dòng)機(jī)水泵性能匹配、冷卻水路匹配、整車換熱零部件散熱器和中冷器等的相關(guān)匹配設(shè)定，以及針對整車實(shí)際流場分布和熱害部件的識別及風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)的解決方案。將熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)的仿真理念、思路、過程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持進(jìn)行結(jié)合，描述了一套較為系統(tǒng)、完整的仿真設(shè)計(jì)分析方法。在性能摸底和針對性優(yōu)化方案的轉(zhuǎn)轂熱平衡驗(yàn)證過程中，有效解決整車熱平衡熱害問題，同時(shí)對比仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的吻合度，最后總結(jié)熱管理系統(tǒng)仿真分析對整車開發(fā)的貢獻(xiàn)。

熱管理；仿真分析；試驗(yàn)驗(yàn)證

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.020

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)08-61-08

1、熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)介紹

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，中國的家庭擁有汽車數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了10輛/百戶，在接下來的十年中，這個(gè)數(shù)字有可能突破。汽車已經(jīng)成為人們生活不可

缺少的一種生活習(xí)慣和生活方式。隨著汽車數(shù)量的增加，汽車節(jié)能的問題、環(huán)保以及乘客舒適性的問題都越來越受到重視，這些方面的要求也越來越高。隨著汽車各方面標(biāo)準(zhǔn)的提高，汽車廠家們紛紛開始進(jìn)行熱管理技術(shù)的研發(fā)。

熱管理技術(shù)從系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和整車協(xié)同開發(fā)的角度，將發(fā)動(dòng)機(jī)與整車之間關(guān)系，通過冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等集成為一個(gè)有效的熱管理系統(tǒng)，對各子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)集成、制造集成，向模塊化方向發(fā)展。

熱管理概念的提出，不僅是技術(shù)的進(jìn)步，更是管理、設(shè)計(jì)思想上的突破。在世界各國的汽車發(fā)展研究計(jì)劃中，熱管理均為主要研究內(nèi)容之一，熱管理技術(shù)成為汽車節(jié)能、提高經(jīng)濟(jì)性的重要措施，并具有十分廣闊的前景。

熱管理為當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)必要的研究課題之一，在SAE年會(huì)上已成為同車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子和環(huán)保等主題相并列的討論專題，可見國際汽車工業(yè)對其重視的程度。先進(jìn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)及冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)外的相互影響，為一項(xiàng)巨大的系統(tǒng)工程。仿真成為一種非常有效并具有潛力的手段，對熱管理系統(tǒng)的成功開發(fā)與設(shè)計(jì)帶來非常顯著的作用。

1.1熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)迅速發(fā)展而蓬勃興起的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)和計(jì)算傳熱學(xué)(NHT)為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理的設(shè)計(jì)研究開辟了新的途徑，仿真已成為熱管理研究與設(shè)計(jì)的基本工具。同實(shí)驗(yàn)相比，仿真具有可預(yù)先研究、無條件限制、信息豐富、成本低、周期短等一些顯著特點(diǎn)。

1.1.1可預(yù)先研究

在熱管理系統(tǒng)開發(fā)過程中，可對熱管理系統(tǒng)性能進(jìn)行預(yù)先研究。熱管理仿真分析可與發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和汽車總布置設(shè)計(jì)交叉進(jìn)行，得到最佳的系統(tǒng)集成匹配，在汽車設(shè)計(jì)的初期階段就能對發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理性能進(jìn)行預(yù)測、分析和優(yōu)化，為發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、匹配優(yōu)化和集成提供依據(jù)。

1.1.2無條件限制

仿真可在廣泛的氣候條件和行駛工況范圍內(nèi)對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理性能進(jìn)行研究，無湍流、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、Re數(shù)和工作極限條件等限制。沒有洞壁干擾、風(fēng)洞堵塞效應(yīng)等影響，可避免支架干擾、模型彈性變形等技術(shù)問題以及道路實(shí)驗(yàn)條件和交通狀況的影響。

1.1.3信息豐富

廣泛設(shè)定條件對汽車各種行駛狀況下發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)性能進(jìn)行模擬，可獲得比實(shí)驗(yàn)更加豐富的信息，有些甚至是目前實(shí)驗(yàn)難以測量和解釋的信息。譬如，研究缸內(nèi)流動(dòng)與傳熱特性，仿真比實(shí)驗(yàn)更具優(yōu)勢。動(dòng)態(tài)過程的熱管理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性以及系統(tǒng)之間的非定常相互作用問題，實(shí)驗(yàn)難以研究，仿真方法則具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1.1.4成本低、周期短

熱環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理的有效方法，但熱環(huán)境風(fēng)洞投資大、實(shí)驗(yàn)周期長，統(tǒng)計(jì)表明中型以上風(fēng)洞投資以億元計(jì)。仿真則成本低、周期短。

然而，建立正確的熱管理數(shù)學(xué)物理模型，必須與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理流動(dòng)與傳熱仿真的數(shù)學(xué)模型為十分復(fù)雜的多維非線性偏微分方程組。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理仿真分析中，仍要在對一些較簡單、線性化、與原問題有密切關(guān)系的模型方程嚴(yán)格數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，推理出求解問題數(shù)值解的理論依據(jù)，通過數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)和物理特性分析，驗(yàn)證計(jì)算方法的可靠性，并進(jìn)一步改進(jìn)計(jì)算方法。

1.2目前國內(nèi)外的熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

1.2.1精度越來越高

分析采用的計(jì)算網(wǎng)格逐日增加，計(jì)算量越來越大。

1.2.2越來越專業(yè)化

物理數(shù)學(xué)模型應(yīng)用了汽車空氣動(dòng)力學(xué)與熱管理的最新研究成果，包括地面效應(yīng)、適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)外分離流動(dòng)的湍流模型等，專業(yè)程度高。

1.2.3工程化越來越強(qiáng)

熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都需要將開發(fā)設(shè)計(jì)理論分析與計(jì)算與工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，做出工程上容易實(shí)施、省錢、省力的開發(fā)設(shè)計(jì)流程和內(nèi)容。

2、某N1車型熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)

2.1熱管理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本原理

由于發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜性，在建模過程中將進(jìn)行系統(tǒng)分解，即先暫時(shí)完全“切斷”系統(tǒng)中各子系統(tǒng)(部件)間的狀態(tài)關(guān)聯(lián)，將熱管理系統(tǒng)分解為若干相對簡單的子系統(tǒng)，利用相應(yīng)的基礎(chǔ)理論，采用模塊化建模方法，分別建立起各子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，然后把這些局部模型綜合起來，構(gòu)成描述復(fù)雜熱管理系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)過程的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出熱管理仿真軟件平臺系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理仿真系統(tǒng)主要包括以下兩部分：

2.1.1熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部件/子系統(tǒng)仿真模型

熱管理仿真研究基于熱管理系統(tǒng)各部件仿真模型。采用模塊化建模方法，對發(fā)動(dòng)機(jī)、換熱器(散熱器)、風(fēng)扇、水泵、節(jié)溫器、暖氣芯，以及各種閥門、管道、接頭、彎頭等進(jìn)行性能分析(如圖5所示)，建立熱管理系統(tǒng)關(guān)鍵部件/子系統(tǒng)的流動(dòng)與傳熱物理數(shù)學(xué)模型。各仿真模型通過試驗(yàn)驗(yàn)證，可根據(jù)研發(fā)過程中仿真的需要選取不同的模型。

2.1.2熱管理流體網(wǎng)絡(luò)集成仿真系統(tǒng)

以關(guān)鍵部件/子系統(tǒng)仿真模型為基礎(chǔ)，考慮各部件/子系統(tǒng)之間的流動(dòng)與傳熱耦合效應(yīng)，對各部件/子系統(tǒng)進(jìn)行集成綜合，建立熱管理流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過程的物理數(shù)學(xué)模型，在FLOWMASTER(FM2)軟件平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，建立熱管理流體網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。熱管理流體網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)可計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、工況和外部條件，控制數(shù)據(jù)在不同軟件包之間的傳遞。

發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場及溫度分布對熱管理系統(tǒng)的性能具有十分關(guān)鍵的影響，而發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙外的汽車周圍流場具有強(qiáng)烈的相互耦合作用。通過對汽車?yán)@流和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的復(fù)雜離旋渦流動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)展相應(yīng)算法，對FLUENT進(jìn)行二次開發(fā)，可以很好的解決這些問題。

2.2熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)

在整個(gè)熱管理開發(fā)過程中，我們共進(jìn)行了三個(gè)部分的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

2.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)

在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)中，主要包含下面三個(gè)表中的內(nèi)容，不同階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容不同。

在整個(gè)設(shè)計(jì)階段，需要完成：

冷卻系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)：對發(fā)動(dòng)機(jī)提供的冷卻水路原理圖進(jìn)行合理性判定，并根據(jù)原理圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，項(xiàng)目過程中，標(biāo)桿車中是沒有EGR冷卻器的，后來添加了EGR形成了下面的回路。

冷卻回路流量分配設(shè)計(jì)：每個(gè)冷卻的零部件有其使用的最低水量要求，根據(jù)系統(tǒng)的匹配及壓力平衡，保證水泵能力的前提下盡量滿足零部件供水要求后將大部分冷卻水輸送到散熱器，本車型的分析數(shù)據(jù)如表1所示，滿足要求

表1　本車型零部件水量分布

整車路試工況及極限工況設(shè)定：根據(jù)本車型的市場要求，設(shè)定極限環(huán)境溫度和極限工況，本車型如表2所示。

表2　本車型熱管理邊界設(shè)定

機(jī)艙內(nèi)散熱部件的散熱量：根據(jù)整車的水路布置，對其中發(fā)動(dòng)機(jī)、油冷器、EGR等水冷裝置的散熱量進(jìn)行評估分析，如表3所示。

表3　散熱量預(yù)估

散熱器的匹配設(shè)計(jì)：選定合適的散熱器性能，如表4所示。

表4　散熱器匹配結(jié)果

散熱器的匹配設(shè)計(jì)：選定合適的風(fēng)扇性能，如表5所示。

表5　風(fēng)量匹配結(jié)果

格柵有效面積設(shè)定：整車前格柵對冷卻系統(tǒng)的貢獻(xiàn)較小，因?yàn)楦駯啪嚯x散熱器較遠(yuǎn)，行車過程中大多數(shù)的低溫空氣從車底進(jìn)入散熱器，故不做優(yōu)化。

中冷器的匹配設(shè)計(jì)：選定合適的中冷器性能，中冷器性能如圖8所示。

冷凝器的匹配設(shè)計(jì)：選定合適的冷凝器性能，冷凝器前端風(fēng)量匹配結(jié)果圖9所示。

管路直徑匹配設(shè)計(jì)：選定合適管路直徑，管路內(nèi)徑設(shè)定見表6。

表6　管路內(nèi)徑

1D/3D耦合分析：與三維流場、溫度場進(jìn)行耦合數(shù)據(jù)傳遞分析，修正計(jì)算輸入。

降成本設(shè)計(jì)：結(jié)合三維分析，進(jìn)行性能的降成本設(shè)計(jì)，例如燃油箱隔熱罩可以從整個(gè)面覆蓋，優(yōu)化成如圖10中的局部覆蓋。

2.2.2機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)分布

前端冷卻系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算：完成三維模型創(chuàng)建及網(wǎng)格劃分、不同行車工況下，前端進(jìn)氣量計(jì)算、冷卻系統(tǒng)性能校核、前端引流以及導(dǎo)流、密封設(shè)計(jì)。對散熱器周邊進(jìn)行了密封、在散熱器頂部的密封去掉了一部分以增加機(jī)艙內(nèi)的冷風(fēng)，同時(shí)在中冷器下方增加了導(dǎo)流板以增加冷卻風(fēng)量，如圖11～圖13所示。

進(jìn)氣系統(tǒng)阻力計(jì)算：進(jìn)氣口壓力速度計(jì)算、防水優(yōu)化。整車優(yōu)化了進(jìn)水口的擋水板設(shè)計(jì)。

機(jī)艙內(nèi)流場計(jì)算：機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)壓力計(jì)算、流場分布計(jì)算。在散熱器上方進(jìn)風(fēng)，在蓋板上增加導(dǎo)流板優(yōu)化了機(jī)艙內(nèi)的流動(dòng)，如圖14所示。

機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)死區(qū)分析：尋找可能的熱害點(diǎn)及流動(dòng)死區(qū)。在發(fā)動(dòng)機(jī)上方原來為流動(dòng)死區(qū)是熱害存在的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，增加導(dǎo)流板后解決了問題，如圖15所示。

機(jī)艙內(nèi)防止大回流設(shè)計(jì)：整車機(jī)艙中大回流現(xiàn)象不存在，如圖16所示。

2.2.3機(jī)艙內(nèi)熱防護(hù)設(shè)計(jì)

機(jī)艙內(nèi)溫度場計(jì)算分析 ：邊界設(shè)定及合理性分析、材料屬性設(shè)定、溫度場計(jì)算、空氣溫度及零部件表面溫度計(jì)算、零部件耐溫性校核。對其中的懸置、線束進(jìn)行了優(yōu)化，見圖17、18。

一維三維耦合分析：一維風(fēng)量的三維計(jì)算矯正、三維熱源的一維計(jì)算修正、耦合分析后的機(jī)艙內(nèi)熱環(huán)境分析。

隔熱罩設(shè)計(jì)：隔熱罩材料設(shè)計(jì)、隔熱罩形狀、尺寸、厚度設(shè)計(jì)。整車設(shè)計(jì)了燃油箱隔熱罩，增加了排氣管隔熱罩的屬性定義，見圖10、19。

零部件熱防護(hù)設(shè)計(jì) ：零部件隔熱設(shè)計(jì)、零部件熱防護(hù)間隙設(shè)計(jì)。提升了部分零部件距離排氣管的距離，見圖20。

3、整車熱管理試驗(yàn)驗(yàn)證

在通過熱管理的初期設(shè)計(jì)后，優(yōu)化了散熱器、中冷器的零部件性能，同時(shí)針對整車的風(fēng)量問題進(jìn)行了前端進(jìn)風(fēng)量的匹配設(shè)計(jì)，通過增加導(dǎo)流板，修改護(hù)風(fēng)圈等形式，增加通過冷卻系統(tǒng)的風(fēng)量。

進(jìn)行了一系列試驗(yàn)測試，主要的測試結(jié)果為第一輪的摸底試驗(yàn)測試，以及優(yōu)化后的試驗(yàn)驗(yàn)證測試。

3.1性能摸底試驗(yàn)測試

3.1.1性能摸底試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)狀態(tài)描述：

在這次試驗(yàn)中，采用了前期熱管理設(shè)計(jì)中匹配出的散熱器、中冷器，對其他優(yōu)化措施（中冷器風(fēng)扇、導(dǎo)流板等）沒有施加。

試驗(yàn)工況：功率點(diǎn)、扭矩點(diǎn)；

環(huán)境溫度：功率點(diǎn)33℃，扭矩點(diǎn)38℃

試驗(yàn)結(jié)果描述：

結(jié)果表明，功率點(diǎn)、扭矩點(diǎn)不能滿足許用環(huán)境溫度33℃及38℃的使用要求，兩個(gè)工況的測試結(jié)果中包含了水溫、中冷溫度等相關(guān)屬性測點(diǎn)，我們在這里主要列舉水溫及中冷溫度，見圖21～圖22。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在僅更換兩個(gè)部件，不安裝中冷風(fēng)扇及相應(yīng)導(dǎo)流措施的條件下，環(huán)境溫度33℃時(shí)，功率點(diǎn)下發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度超過 110℃，不能滿足熱平衡需求；同樣的環(huán)境溫度38℃時(shí)，扭矩點(diǎn)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的出水溫度超過110℃，不能滿足熱平衡需求。

試驗(yàn)結(jié)果分析以及試驗(yàn)條件下模擬結(jié)果對比分析：

通過對性能摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，試驗(yàn)條件下的模擬分析結(jié)果，我們得出性能摸底試驗(yàn)不滿足熱平衡需求的主要由兩個(gè)因素產(chǎn)生：a、中冷風(fēng)量不足導(dǎo)致中冷出風(fēng)溫度偏高，同時(shí)由于風(fēng)扇的作用，使得大部分溫度較高的中冷后熱空氣進(jìn)入冷凝器，進(jìn)而影響散熱器的進(jìn)風(fēng)溫度，如圖23所示；b、散熱器前端無導(dǎo)流及密封，同時(shí)護(hù)風(fēng)圈存在結(jié)構(gòu)上的問題導(dǎo)致散熱器風(fēng)量不足，如圖24所示。

3.1.2性能摸底試驗(yàn)狀態(tài)下，模擬分析計(jì)算結(jié)果對比

我們對比了功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)下散熱器迎風(fēng)面上的測試數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)，吻合的非常好。圖25中，左邊為模擬分析數(shù)據(jù)，右邊表格中的點(diǎn)為測試數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，我們通過熱管理分析流程，找到問題后，通過1D、3D分析相結(jié)合的方式倒推出性能摸底試驗(yàn)條件下功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)下的許用環(huán)境溫度，同時(shí)也倒推出如果需要滿足功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，所需要的散熱器、中冷器進(jìn)風(fēng)溫度及進(jìn)風(fēng)量。

功率點(diǎn)：

由于散熱器進(jìn)風(fēng)溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度達(dá)到 113℃（對應(yīng)環(huán)境溫度33℃）；

由于散熱器的進(jìn)風(fēng)量減少，水溫?fù)Q熱能力變差，水溫升高2℃；

耦合風(fēng)量損失和進(jìn)風(fēng)溫度后，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度為 114.3 ℃ （對應(yīng)環(huán)境溫度33℃）；

不加風(fēng)扇和導(dǎo)流措施的條件下，目前狀態(tài)下功率點(diǎn)只能滿足30.7℃的許用環(huán)境溫度要求。

扭矩點(diǎn)：

由于散熱器進(jìn)風(fēng)溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度115.5℃ (環(huán)境溫度41)；

在考慮風(fēng)量損失條件下，水溫?fù)Q熱能力變差，水溫升高2.3℃；

耦合風(fēng)量損失和進(jìn)風(fēng)溫度后，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度為117 ℃（環(huán)境溫度41）；

不加風(fēng)扇和導(dǎo)流措施的條件下，目前狀態(tài)下扭矩點(diǎn)只能滿足41-7=34℃的許用環(huán)境溫度要求。

然后，我們根據(jù)風(fēng)量的目標(biāo)要求進(jìn)行了一系列的優(yōu)化措施設(shè)計(jì)。

3.1.3性能摸底試驗(yàn)前提下，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

由于中冷氣和散熱器的進(jìn)風(fēng)量都不足，我們做了如下優(yōu)化工作：

為了增加中冷器進(jìn)風(fēng)量，中冷器加風(fēng)扇，同時(shí)增加兩側(cè)導(dǎo)流板，如圖26所示

為了增加散熱器進(jìn)風(fēng)量中冷器下方加風(fēng)扇，散熱器兩側(cè)增加密封，同時(shí)又優(yōu)化了護(hù)風(fēng)罩，如圖27所示。

通過優(yōu)化分析后，我們得出如表7中的計(jì)算結(jié)果。

表7　性能摸底試驗(yàn)優(yōu)化方案分析結(jié)果數(shù)據(jù)表

在模擬分析優(yōu)化方案后，我們得出優(yōu)化方案可以滿足熱平衡的目標(biāo)要求。

3.2優(yōu)化方案試驗(yàn)驗(yàn)證測試

3.2.1優(yōu)化方案試驗(yàn)結(jié)果

在采取了3.1.3中描述的優(yōu)化方案后，重新進(jìn)行了一輪熱平衡試驗(yàn)，結(jié)果如圖28、29所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在采用了優(yōu)化方案后，本車型的熱平衡能夠滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，見表8。

表8　優(yōu)化方案的熱平衡試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2優(yōu)化方案試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對比

我們先通過模擬分析得出了優(yōu)化前后的結(jié)果對比，如圖30所示，同時(shí)得到了優(yōu)化后方案所能滿足的許用環(huán)境溫度分別為功率點(diǎn)42.7℃和扭矩點(diǎn)41.7℃。

同時(shí)通過分析我們還得出了中冷后的風(fēng)溫在優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)，見表 9，將這些數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，我們可以得出優(yōu)化方案的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合程度也很理想。

同時(shí)，采用優(yōu)化方案后，功率點(diǎn)產(chǎn)生了較大的余量，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量被冷風(fēng)帶走的部分，而在功率點(diǎn)條件下，由于車速較高，采用了很多密封盒導(dǎo)流措施后，散熱器進(jìn)風(fēng)量增加，機(jī)體表面由于風(fēng)側(cè)帶走的熱量增加，水側(cè)的熱負(fù)荷減少，從而使得功率點(diǎn)下產(chǎn)生的余量較大，相對于扭矩點(diǎn)，由于車速較低，這個(gè)余量相對較少，試驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果比較吻合，滿足設(shè)計(jì)要求。

表9　優(yōu)化模型分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比

4、結(jié)論

通過熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻性能要求和整車散熱要求的冷卻系統(tǒng)零部件性能要求，確保了整車?yán)鋮s系統(tǒng)滿足在日常和惡劣條件下的使用可靠性，同時(shí)確保了整車各系統(tǒng)及零部件不會(huì)出現(xiàn)熱失效或性能明顯下降

在整車的研發(fā)過程中：

我們通過對冷卻系統(tǒng)的性能定義，判定原始的散熱器性能不能滿足使用要求，并設(shè)計(jì)了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻需求的散熱器性能，同時(shí)通過引流等手段增加了散熱器的工作效果；同樣的工作在中冷器上也得以進(jìn)行，將原始的厚中冷器改為了目前的薄中冷器，同時(shí)通過導(dǎo)流優(yōu)化了其冷卻效率；

通過增加中冷器風(fēng)扇，增加中冷器導(dǎo)流以及散熱器密封的手段增加中冷器的進(jìn)風(fēng)量和散熱器的進(jìn)風(fēng)量，以降低平衡水溫；

另外通過機(jī)艙內(nèi)的流動(dòng)傳熱分析，得出了機(jī)艙內(nèi)存在熱害風(fēng)險(xiǎn)的零部件位置和特性，對其進(jìn)行了優(yōu)化，最終使得零部件滿足熱防護(hù)的性能要求。

以上都是整車熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，有了開發(fā)設(shè)計(jì)工作可以避免我們多次的重復(fù)試驗(yàn)，和在問題出現(xiàn)時(shí)無從下手的情況。大幅減少整車開發(fā)中因熱平衡熱害問題設(shè)變產(chǎn)生的巨額費(fèi)用周期等。

綜上所述，熱管理開發(fā)在整車開發(fā)舉足輕重，通過熱管理開發(fā)設(shè)計(jì)可以保證整車低成本、高效率、高性能地同步開發(fā)，提升產(chǎn)品競爭力。

[1]王望予.汽車設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[5]余志生.汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

[2]林學(xué)東.汽車動(dòng)力匹配技術(shù).中國水利水電出版社.2010.

[3]楊萬福.發(fā)動(dòng)機(jī)原理與汽車性能.高等教育出版社.2004.

[4]陳家瑞.汽車構(gòu)造.人民交通出版社.2003.

Simulation analysis of thermal management for a N1 type vehicle

Hu Jie
(Anhui Jianghuai Automobile Co.Ltd.,Anhui Hefei 230601)

The simulation design of vehicle thermal management is illustrated at the beginning.And then to solve the problem of heat balance of a class of N1,the paper introduces the matching of engine water pump performance ,cooling water matching,heat balance of vehicle heat exchange parts,and the identification of heat damage parts and the corresponding solutions.The simulation idea,thinking,process and experimental data support for the development of thermal management are combined,and a more systematic and complete simulation analysis method is described.In performance thoroughly and in the optimization scheme of the rotary hub heat balance verification process,an effective solution to the vehicle thermal balance and the thermal damage problem,also simulation analysis and test results of the degree of agreement,finally summarizes the contribution to the development of vehicle thermal management system simulation analysis.

heat management; simulation process; test verification

U467.3

A

1671-7988（2016）08-61-08

胡杰（1988-）男，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，動(dòng)力匹配設(shè)計(jì)主管，主要研究方向?yàn)檎嚴(yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)。