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原文传递商用车冷却系统匹配设计与优化

论文题名：	商用车冷却系统匹配设计与优化
关键词：	商用车;冷却系统;热管理;热平衡试验;匹配设计
摘要：	商用车主要用于运输货物，商用车大多数搭载柴油发动机，柴油发动机输出的扭矩较大，柴油机车辆具有承载质量大、爬坡性能好的优势。冷却系统用于控制发动机的温度，近年来发动机的功率逐渐增大，受降本减重的影响，发动机舱内的空间反而日益趋向紧凑，因此整车对于冷却系统的性能要求越来越高，如果主要的冷却元件匹配不当、机舱内气流流向不合理，冷却系统性能便会不足，严重时散热器出现“开锅”问题。在空间受限的条件下，开发一款高效节能的冷却系统，且气流合理，其设计难度越来越大。因此产品开发前期，应重点关注机舱热管理的研究。　　本文基于一款全新开发的商用车为研究对象，依据目前的设计经验及理论计算进行冷却系统方案的初步设计。经仿真计算原方案发动机的出水温度超标，因此设立专题项目组进行冷却系统的优化提升。本文主要研究内容如下: 　　(1)冷却系统的设计及模型搭建。初步进行该车型冷却系统关键零部件的匹配选型，介绍发动机与关键冷却元件的台架试验及其试验参数，最后搭建整车及冷却系统的数模。　　(2)冷却性能仿真分析。首先运用STAR-CCM+三维仿真分析发现机舱内气体流向不合理、冷却模块温度偏高是影响冷却性能不足的主要原因。然后进行KULI一维仿真计算，仿真结果得到最大功率点发动机出水温度为108.9℃，超过设计目标要求105℃;最大扭矩点发动机出水温度为112.9℃，超过设计目标要求108℃，原方案不满足设计目标要求。　　(3)优化冷却系统方案并仿真分析。对比分析散热器不同芯体厚度、进气格栅不同开口面积、散热器不同防回流挡板、是否增加散热器导流板、冷凝器导流板、不同结构护风罩等整改方案对冷却性能的影响。通过仿真结果发现增加散热器芯体厚度、增大进气格栅开口面积、优化防回流挡板、增加散热器、冷凝器导流板、优化护风罩等优化方法，能够明显提升冷却系统性能。经项目组评审形成最终的优化方案，然后对优化方案进行一维仿真计算，最大功率点发动机出水温度101.2℃，最大扭矩点发动机出水温度100.5℃，优化方案满足设计目标要求。　　(4)样车试验验证。试制样车进行热平衡试验，优化方案在最大功率点发动机出水温度99.1℃;最大扭矩点发动机的出水温度96.7℃，整车热平衡能力满足设计要求，优化方案效果明显。对比分析优化方案的试验结果与仿真结果，发动机出水温度在最大功率点两者偏差2.1％，最大扭矩点偏差3.9％。样车试验结果与仿真结果偏差＜5％，证实本文采用的仿真分析方法可靠，可用于指导后续车型的开发设计。
作者：	贺海东
专业：	机械工程
导师：	谢宗法
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2021