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基于CFD技术的重型汽车中冷器气室结构优化研究
| 论文题名： | 基于CFD技术的重型汽车中冷器气室结构优化研究 |
| 关键词： | 汽车中冷器;导流片;结构优化;代理模型;CFD技术 |
| 摘要： | 近年来，国家对汽车尾气污染等排放问题非常关注，并且也制定了较为严格的排放标准。增压中冷技术不仅可以提高发动机功率，还能够显著地降低NOx， PM等污染物的排放量，因此在重型载重汽车以及各类轿车上得到广泛应用。 某车型重型汽车在发动机冷却系统匹配后，普遍存在中冷器散热能力差,发动机进气温度高的问题，为满足更高的排放标准，降低 NOx含量，必须进一步提高中冷器性能。本文为解决此类问题，以某款重型汽车中冷器为例，通过CFD技术结合试验分析的方法研究中冷器结构对散热性能和流动性能的影响，并在此基础上对其结构参数进行优化与改进。 本文首先根据该重型汽车中冷器的结构参数，利用Pro/E软件建立中冷器的三维模型，应用 ICEM软件对模型简化清理并进行网格划分，再通过 FLUENT软件对中冷器内部气体的流场进行模拟计算，并在仿真结果的基础上对中冷器内气体的流动、换热情况分析研究，发现中冷器气室是中冷器压力损失的主要部件，同时气室内的气体流动分布情况直接影响散热性能，因此气室结构的优化改进是本文提高中冷器性能的主要研究内容。 根据国家标准GB/T23338-2009《内燃机增压空气冷却器技术条件》对中冷器进行台架试验，将试验测得的散热量、压力损失等结果与仿真值进行对比，结果表明：试验结果和仿真结果相吻合，验证了 FLUENT仿真计算的结果的有效性。 本文对中冷器的气室结构参数进行了改进和优化研究，先是对不同气室侧壁倾角的中冷器模型进行CFD仿真计算，探究其对传热和流动性能的影响，结果表明，在一定范围内随着侧壁倾角的增加，中冷器的压力损失会明显降低，但对散热性能的提升较少，需要进一步对进气室内导流片的结构参数进行优化来提高散热性能，由于影响气体流动和换热性能的结构参数较多，故采用Isight优化软件建立中冷器性能参数的克里格代理模型，选用ASA算法对代理模型进行优化，从而获得导流片的最佳结构参数。FLUENT仿真结果表明，结构优化后的中冷器出口温度降低了9.8℃，压力损失降低了2.61kPa，达到了优化目标。 为研究中冷器结构优化对发动机性能的改善效果，本文对该重型汽车柴油机的排放及经济性能进行试验测试。测试结果表明，该柴油机的排放性能得到改善，经济性有所提高，其中 NOx的排放量和排气烟度有明显的改善。研究结果为今后中冷器气室的结构设计、参数优化及性能提升等方面提供了有益参考。 |
| 作者： | 张旭 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王若平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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