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原文传递燃料电池汽车前端进气数值模拟与测量技术

论文题名：	燃料电池汽车前端进气数值模拟与测量技术
关键词：	燃料电池汽车;发动机舱热管理;叶轮式风速计;计算流体力学;前端进气;方向敏感性
摘要：	在石油资源日益枯竭、环境日益恶化的今天，世界知名汽车公司和科研机构都把目光投向了节能、环保的燃料电池汽车。发动机舱热管理是燃料电池汽车开发中的关键技术。通过研究燃料电池汽车前端进气并据此对发动机舱进行结构和布置优化是改善发动机舱热管理的有效途径。前端进气的测量技术是进行发动机舱热管理测试的关键技术。本文针对燃料电池汽车前端进气及叶轮式风速计在前端进气测量中的应用进行了数值计算和试验研究。首先基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)，应用FLUENT软件对燃料电池汽车发动机舱内流场进行定常数值计算，以燃料电池散热器的进气量为主要评价参数，研究了双风扇系统中风扇的旋转方向、风扇罩的作用、格栅角度、冷却部件的相对位置等因素对冷却性能产生的影响。同时，对发动机舱内的三维流场、风扇消耗的功率等进行比较分析，对前端和冷却模块的布置提出建议。研究结果表明：对于采用双风扇系统的燃料电池车，两侧风扇都向外旋转，可以有效提高前端进气量，增加进气的均匀性；提高风扇转速是改善前端进气的有效途径，但提高转速也会使风扇的能量消耗迅速上升，在保证冷却模块散热的前提下，采用较低的转速有利于减小风扇的能耗；风扇罩对于增加进气量和改善散热器进气均匀性效果明显，在进行冷却模块设计时应该予以采用；格栅对前端进气有导向作用，条形格栅比平面格栅在中高速时更有利于前端进气，当格栅导向角在-30°～30°变化时，前端进气量在3％范围内变化，从保证前端进气的角度应取格栅导向角在-15°～0°之间；冷却模块的布置对前端进气影响明显，从保证前端进气量的角度，燃料电池散热器和其后部的冷却模块之间间隙应该尽量小，而在保持风扇罩与PCU散热器和主冷凝器连接的前提下，改变风扇到散热器之间的距离，对前端进气量影响不大。叶轮式风速计是进行前端进气测量的常用试验仪器。针对汽车前端进气的测量，本文重点对叶轮式风速计的方向敏感性、叶轮阵列的气动阻力特性以及进行前端进气测量时风速计对发动机舱流场的影响和叶轮的使用数量等问题进行了数值和试验研究。研究发现：叶轮式风速计具有方向敏感性。当测量角度在0-30°时，其测量值即为来流风速在叶轮轴线方向上的分量。应用其进行前端进气测量时，所测得结果与实际通过前端模块的气流量比较接近。叶轮阵列的气动阻力与来流风速成二次函数关系，并且远远小于散热器的气动阻力。在前方来流均匀的情况下，叶轮阵列对于其后方的散热器入口气流分布影响很小。应用叶轮式风速计进行前端进气的测量时，测量装置对散热器的进气量及其入口处的速度分布影响都较小。利用CFD方法对叶轮式风速计的测量误差进行分析，结果发现采用24个左右的叶轮对于减小测量误差较为有利。最后对研究工作进行了总结，并提出了进一步研究的展望。
作者：	李亮亮
专业：	车辆工程
导师：	杨志刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文