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振动环境下车载喷雾冷却试验与数值仿真研究
| 论文题名： | 振动环境下车载喷雾冷却试验与数值仿真研究 |
| 关键词： | 喷雾冷却;数值模拟;换热系数;无沸腾区;汽车热管理 |
| 摘要： | 随着新能源汽车的不断发展，对电池与电机的能量密度需求越来越来高，从而对电池、电机等车载设备的热管理提出了更高要求。因此，开发出一种高效冷却系统已成为汽车热管理方向亟待解决的问题。喷雾冷却利用冷却介质相变实现高效传热，具有冷却工质需求少、表面温均性好、冷却效率高等特点。但是车辆行驶过程中不可避免的存在着由道路状况与电机运转产生的振动，从而导致喷雾冷却在传热方面存在相当大的不确定性。因此，论文通过搭建闭式振动喷雾冷却试验台架，采用试验研究与数值模拟相结合的方法进行振动作用下喷雾冷却传热性能的探讨研究。 首先搭建了闭式振动喷雾冷却试验台架，利用LabVIEW软件搭建数据采集与信号控制监测界面，实现试验数据与控制信号的实时监测，并对试验数据进行不确定度分析，验证了试验台架可靠性。随后，基于该试验台架，进行了静态与振动表面无沸腾区喷雾冷却试验研究。研究发现，高振频工况有利于喷雾冷却传热，随着频率增大,换热系数也随之增大，喷雾冷却传热性能最大增强了9.2％。但接近材料的共振频率时,喷雾冷却传热性能被抑制。小、大振幅与低振频工况，皆不利于喷雾冷却传热，随着振动位移增大，传热性能最大被抑制了21.9％。通过方差分析法发现，在低加热功率时，相比频率，振动位移对喷雾冷却的影响较大。而在高加热功率下，由于液膜蒸发作用增强，振动对传热的影响降低。 为了进一步探究振动对喷雾冷却换热性能的影响，建立了振动表面喷雾冷却传热数值仿真模型，从振动表面温度分布、液膜厚度、液膜流速的角度深入分析振动对喷雾冷却传热性能的影响。仿真结果表明，随着加热功率的升高，表面温度上升，蒸发作用增强，表面的薄液膜区域更大。高振频工况发现振动表面薄液膜区域更广，频率越高，换热效果越好。而振动位移工况下出现液膜滞后的现象，表面不稳定性影响了对流换热过程，最终不利于喷雾冷却。 最后，利用相似原理与量纲分析法，基于论文中大量的试验数据，拟合出振动作用下无沸腾区喷雾冷却传热无量纲关联式，拟合发现，努塞尔数Nu受普朗特数Pr、振动雷诺数Re影响，最后，通过添加蒸发系数ζ提高了关联式精度。拟合获得的喷雾冷却传热无量纲关联式误差精度最大为9.7％,拟合结果良好。 |
| 作者： | 骆桢弘 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 梁昆;程航 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 扬州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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