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原文传递某SUV发动机舱热管理的仿真分析与改进研究

论文题名：	某SUV发动机舱热管理的仿真分析与改进研究
关键词：	汽车发动机舱;热管理;壁面温度;对流换热;三维耦合仿真
摘要：	现代汽车越来越朝着低车身的流线型车身设计方向发展，SUV发动机舱的空间十分紧凑，由于零部件众多，过热的发动机舱热环境不仅会影响机舱内零部件的性能，而且会产生热伤害从而进一步损害舱内部件，严重影响汽车的性能。发动机舱内的传热方式既包含与空气之间的对流换热还伴随着热传导与热辐射，本文综合考虑热量传递三种基本方式采用三维耦合仿真的方式对某SUV发动机舱进行仿真建模，将仿真结果与实验结果进行对比验证耦合仿真的可行性与准确性，针对仿真分析发现的问题提出相应的改进措施。本文所研究内容如下：　　基于CFD仿真工具STAR-CCM+和热分析仿真工具TAITherm，建立三维耦合仿真模型，TAITherm模型与STAR-CCM+模型的被耦合部分在几何上具有一对一映射关系。TAITherm中建立两部分模型：发动机舱固体模型和排气系统管流模型，通过耦合模型之间的壁面温度和对流换热系数的数据映射实现耦合模型的数据传递，计算怠速工况（5km/h）、爬坡工况（40km/h）、高速工况（120km/h）下耦合仿真的流场及温度场结果。　　对耦合仿真方法的准确性进行验证，首先研究迭代次数对计算精度的影响，通过对比不同工况下五次迭代零部件的表面温度，结果表明第三次迭代发动机舱耦合仿真模型和排气系统耦合模型均已经趋于收敛;其次对比耦合仿真涡轮增压器的表面温度的仿真值与实验值，结果表明表面温度值最大误差不超过5%，由此可以确定耦合仿真的准确性；最后，通过排气系统模型对比传统CFD仿真与耦合仿真的关键部件的表面温度，结果表明耦合仿真与实验得到的表面温度值误差不大，而传统仿真却和实验值有很大差异，验证了耦合仿真方法的优越性。　　通过对耦合模型的流动特性和温度场特性的研究发现，怠速工况存在较为严重的问题，表现为：散热系统的中冷器下方存在着涡流区，并且进气前端的密封性不足，同时发动机舱上方存在着高温空气回流的现象；散热器、冷凝器、中冷器的速度均匀性均没有达到该车型的目标值。整体发动机舱内的温度很高，前围板由于受到涡轮增压器和排气管的辐射的影响温度已经超过了100℃，蓄电池表面的温度也的超过了其温度极限。　　针对怠速工况存在的问题对发动机舱内的结构布置进行改进，结果表明优化后的模型通过改进冷却前端的结构与布置，散热器进气量提高了21%，冷凝器进气量提高了35%，中冷器进气量提高了34.8%，并且散热器、冷凝器的表面速度均匀性已经满足的该车型预期的目标值。最终，整体发动机舱内的空气流速得到了大幅度的提升，更多的的热量从发动机舱内排出，发动机舱内整体的温度下降，蓄电池表面最高温度降至80.5℃，未超过其温度极限；在排气歧管等高温热源附近增加隔热罩也有效地避免了其对周围部件的热辐射，使得周围部件的表面温度显著降低。
作者：	于鑫
专业：	工业设计工程
导师：	苏畅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022