基于CFD仿真的前端冷卻模塊進(jìn)風(fēng)量分析

吳義磊，高蒙蒙，劉建祥，崔敏

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)是整車(chē)重要的組成部分，而前端的冷卻模塊則是冷卻系統(tǒng)的最重要的部分，其中包括前進(jìn)氣格柵。前格柵的造型設(shè)計(jì)直接影響著前端進(jìn)風(fēng)量的大小，因此如何選擇前格柵對(duì)冷卻系統(tǒng)的性能有著重要的影響。CFD仿真方法的應(yīng)用大大提高了分析問(wèn)題的效率和能力。本文即是基于CFD仿真對(duì)某款車(chē)前端的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行分析，以期找到最佳優(yōu)化方案。

1 CFD仿真分析

1.1 仿真模型建模

基于整車(chē)CAD數(shù)據(jù)建立三維CFD流場(chǎng)分析模型，包括整車(chē)前端機(jī)艙、前端冷卻模塊、底盤(pán)及其他部分模型，狀態(tài)與 CAD模型一致。其中，前端模塊采用串聯(lián)方式布置，散熱器1布置在最前端，然后是冷凝器、散熱器2、電子風(fēng)扇。進(jìn)氣格柵、冷卻模塊芯體及電子風(fēng)扇均需要進(jìn)行加密處理，相關(guān)圖片見(jiàn)圖1-3所示：

圖1 整車(chē)模型

圖2 冷卻模塊相對(duì)位置

圖3 前格柵小孔造型

1.2 計(jì)算邊界確定

1.2.1 計(jì)算工況確定

項(xiàng)目在啟動(dòng)時(shí)，為盡快得到一個(gè)參考邊界，根據(jù)項(xiàng)目組要求先對(duì)以下工況進(jìn)行計(jì)算：

表1 分析工況

1.2.2 多孔介質(zhì)

冷凝器和散熱器芯體作為多孔介質(zhì)處理，粘性阻尼系數(shù)和慣性阻尼系數(shù)由各芯體的流阻性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲取，如表2所示。

因冷凝器和散熱器均對(duì)空氣加熱，為了獲取更加精確的進(jìn)風(fēng)量分析結(jié)果，必須考慮各個(gè)芯體的換熱功率。其中冷凝器的功率由一維空調(diào)系統(tǒng)匹配分析獲取，散熱器的發(fā)熱量基于三維分析軟件中的雙流換熱模型計(jì)算。

表2 換熱芯體阻尼系數(shù)

1.2.3 其他邊界

表3 風(fēng)扇及輪胎參數(shù)

1.3 仿真分析結(jié)果

在仿真模型中輸入邊界條件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明小孔造型格柵進(jìn)風(fēng)量不理想，且存在嚴(yán)重的漏風(fēng)現(xiàn)象，具體分析見(jiàn)以下部分。

1.3.1 各散熱芯體表面風(fēng)速分布

圖4 散熱器1芯體表面速度分布圖

圖5 冷凝器芯體表面速度分布圖

圖6 散熱器2芯體表面速度分布圖

1.3.2 各散熱芯體表面平均進(jìn)風(fēng)速度

表4 各散熱芯體表面平均進(jìn)風(fēng)速度

1.3.3 各散熱芯體表面進(jìn)風(fēng)流量

表5 各散熱芯體表面進(jìn)風(fēng)流量

1.3.4 前端進(jìn)風(fēng)分析

通過(guò)速度矢量圖發(fā)現(xiàn)，散熱器周?chē)╋L(fēng)嚴(yán)重，經(jīng)分析原因是沒(méi)有密封、導(dǎo)流設(shè)計(jì)。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮增加密封、導(dǎo)流設(shè)計(jì)。

圖7 豎直截面Y=-350，散熱器上下泄露嚴(yán)重

圖8 水平截面Z=-65，下格柵處散熱器左右兩側(cè)泄露嚴(yán)重

1.4 優(yōu)化方案仿真分析結(jié)果

1.4.1 優(yōu)化方案

針對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，首先散熱器周?chē)捎妹芊?、?dǎo)流設(shè)計(jì)，消除漏風(fēng)影響；然后用大孔格柵替換掉小孔格柵，進(jìn)一步分析進(jìn)風(fēng)量。

圖9 散熱器采用密封和導(dǎo)流設(shè)計(jì)

圖10 大孔格柵

1.4.2 分析結(jié)果

表6 各散熱芯體表面進(jìn)風(fēng)流量

經(jīng)過(guò)計(jì)算，各散熱芯體表面進(jìn)風(fēng)量均有較大提升，最低提升量約18%，高速工況時(shí)提升最明顯，最高提升75%左右，可見(jiàn)大孔格柵對(duì)進(jìn)風(fēng)量貢獻(xiàn)非常大。見(jiàn)表6所示。

2 結(jié)論

1）采用CFD仿真分析工具對(duì)冷卻模塊前端進(jìn)風(fēng)量分析在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)是非常有幫助的，可以非常清楚的展現(xiàn)出發(fā)展趨勢(shì)；

2）從分析過(guò)程可以看出，前端進(jìn)氣格柵對(duì)進(jìn)風(fēng)量的影響非常大，同時(shí)考慮散熱模塊周?chē)拿芊庑栽O(shè)計(jì)和導(dǎo)流設(shè)計(jì)，是提高前端進(jìn)風(fēng)量的重要手段；

3）在前期方案設(shè)計(jì)時(shí)，建議首先考慮采用密封性設(shè)計(jì)，并采用大孔格柵，提高前端的進(jìn)風(fēng)量，可提高冷卻系統(tǒng)的性能。