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原文传递车用独立式冷却模块性能评价分析与设计匹配方法研究

论文题名：	车用独立式冷却模块性能评价分析与设计匹配方法研究
关键词：	数值模拟;冷却模块;热交换器;性能评价;换热效率;流动传热
摘要：	目前，为了解决车用冷却模块空间布置矛盾，便于气动阻力与换热效率两个指标之间的协同优化，已经把独立式冷却模块技术列为重要的技术手段之一，然而对于独立式冷却模块内部流动传热规律及协同匹配规律的研究还处于起步阶段，研究焦点还多集中在传统冷却模块，对于新型独立式冷却模块设计匹配理论还缺乏系统研究，对其研究多为概念设计，缺乏理论深度。　　本文采用数值模拟结合试验方法研究独立式冷却模块流动传热规律，包括风扇与热交换器模块之间的匹配规律、多热交换器之间的协同特性、性能评价参数及适用原则，形成系统的独立式冷却模块计算分析方法和协同设计匹配理论。主要研究内容包括：　　1）独立式冷却模块数值模拟方法研究　　研究适用于车用冷却模块的风扇与热交换器数值模拟方法，提高风扇与热交换器的数值仿真精度，并在此基础上建立由上述模型构成的车用冷却模块数值仿真模型。　　2）独立式冷却模块数值仿真模型试验验证　　建立车用独立式冷却模块模拟试验系统，进行独立式冷却模块数值模型的有效性验证，包括独立式冷却模块流动传热性能宏观试验验证与流场可视化微观试验验证。　　3）独立式冷却模块匹配分析方法研究　　风扇与单热交换器结构冷却模块匹配研究，研究两者之间匹配参数变化对其气动性能及匹配特性的影响；风扇与多热交换器串联结构冷却模块匹配研究，研究进风口数量与相对位置对其流动传热性能及其匹配特性的影响；风扇与多热交换器并联结构冷却模块匹配研究，研究热交换器间相对位置的改变对冷却模块流动传热性能及匹配特性的影响。　　4）独立式冷却模块性能评价参数研究　　以有效阻力系数、风扇效率、冷却效率、冷却模块匹配特性曲线为评价参数，对不同结构与类型的独立式冷却模块进行分析评价，评估各个评价参数的适用范围与特性。　　5）独立式冷却模块多热交换器协同特性研究　　独立式冷却模块中，多热交换器之间流动传热性能的协同特性研究，包括多热交换器串联结构独立式冷却模块中热交换器阻力的串联分布规律；多热交换器并联结构独立式冷却模块中热交换器阻力的并联分布规律。研究多热交换器之间流动传热的互相耦合作用及其对冷却模块整体性能的影响。　　通过以上研究得到如下结论：　　1）通过独立式冷却模块数值模拟方法研究发现，对于热交换器模型，采用基于性能试验数据的多孔介质阻力模型，并修正多孔介质参数之后，其数值仿真精度得到了提高。对于风扇模型，当叶片表面结合壁面函数进行粗糙度修正之后，其仿真结果更接近试验值。　　2）通过宏观性能试验研究发现，热交换器气动阻力试验值与仿真值吻合较好；通过微观流场可视化试验研究发现，冷却模块内部风速瞬态变化周期、热交换器入口表面速度分布及冷却模块内部涡流区与试验测量结果都较为吻合，从而验证了冷却模块数值模型的有效性。　　3）通过单热交换器结构独立式冷却模块匹配参数的数值仿真研究发现，当风扇与热交换器之间存在一定的相对角度以及相对面积比时，冷却模块具有最佳气动性能，因而提出了包含风扇与热交换器阻力特性匹配与相对位置匹配的双重匹配方法。　　4）通过多热交换器串联结构独立式冷却模块数值仿真研究发现，改变冷却模块进风口数量与相对位置可以优化冷却模块性能，但决定因素是风扇与热交换器模块之间的匹配特性。另外，研究还发现冷却模块内部各热交换器流动与传热互相耦合，前排热交换器对于后排热交换器传热性能的抑制十分明显。　　5）通过对多热交换器并联结构独立式冷却模块的数值仿真分析发现，当热交换器对置布置时，冷却模块具有最佳的流动传热性能，且各热交换器之间具有流动协同特性，可以通过改变热交换器间的相对尺寸实现热交换器气侧流量的主动控制。　　6）通过对各种结构与类型的独立式冷却模块的评价分析，发现有效阻力系数适用于评价热交换器与冷却模块之间的匹配完善程度；风扇效率适用于评价冷却模块功耗；风扇与热交换器匹配曲线适用于评价风扇与不同结构热交换器模块之间的匹配合理性，而冷却效率适用于评价冷却模块效能。因而，对于冷却模块的评价分析要结合各类评价参数综合进行。
作者：	傅佳宏
专业：	动力机械及工程
导师：	俞小莉
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文