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原文传递商用车冷却模块匹配设计方法研究

论文题名：	商用车冷却模块匹配设计方法研究
关键词：	商用车;流动传热;冷却模块;协同匹配;流动不均匀性;热管理试验
摘要：	随着发动机功率密度和车辆节能减排要求的不断强化，车辆冷却系统的设计要求也越来越高。对商用车而言，动力舱内冷却风扇与散热器组之间的匹配，以及其它零部件的空间布局直接影响系统的散热性能。因此有必要深入研究系统协同工作时，各部件的流动传热规律及其对整体性能的影响，用以指导现有商用车冷却系统的匹配设计与优化。　　本文以流体力学、传热学基本理论为指导，借助各种试验手段，重点研究影响商用车冷却系统流动传热性能的主要因素及其机理，并应用相关成果，完成商用车冷却模块的匹配设计与验证。主要研究内容包括：　　散热器模块的协同匹配分析利用风洞试验台，开展各空间布置因素对散热器模块流动与传热性能影响规律研究，结合场协同理论指导散热器模块在风道内的匹配布置。　　冷却模块气流分配的不均匀特性分析搭建商用车冷却模块试验装置，研究典型冷却模块气流分配的不均匀特性，采用多孔介质模型和有效单元数法分析气流的不均匀分配对散热器流动传热性能的影响；结合冷却模块结构特征发展了一种冷却风流量测试技术。　　动力舱流动传热性能的试验研究自主开发商用车热管理系统道路测试装置，并以此为工具，对车辆动力舱的流动传热性能进行实车测试，分析研究动力舱格栅结构参数对冷却系统性能的影响规律。　　商用车冷却模块匹配设计方法对比分析模块风洞试验、台架试验、整车道路试验和数值仿真方法的特点，及其对冷却系统性能的预测精度，综合应用研究成果开发商用车冷却模块匹配设计软件，并通过整车试验验证匹配设计方法的精度。　　通过以上研究发现：　　1.对于采取串联布置的吸风式冷却模块而言，冷却空气的流动路径和均匀性对沿程阻力产生主要影响，散热器组纵向相对位置的变化对后排散热器的换热性能存在明显影响。应尽量减少前端部件投影在散热器表面的遮挡面积、合理的选取散热器之间的间距，并适当减少包裹；用冷热侧流体温差场的均匀性原则指导散热器模块的匹配优化有利于提高散热器的散热性能。　　2.冷却风扇以及导风罩的导风作用使流经散热器模块的冷却气流产生不均匀分布，随着风扇转速的提高，其不均匀性也更显著。散热器迎风面的流动不均匀系数在低雷诺数范围内随着Re的增大而增大。现有散热器f因子试验关联式对不均匀流动的散热器模块同样具有一定预测精度，但是其预测误差包含了由气流不均匀分布产生的影响。多孔介质模型和有效单元数法的理论分析和试验结果表明，与均匀气流相比，气流的不均匀分配将导致散热器流动阻力增大和传热有效度下降。　　3.动力舱格栅、散热器以及风扇等部件的流动特性各不相同，各部件协同匹配形成系统的流动分布特性和规律。随着风扇转速的增大，系统流速上升，各段沿程阻力的数值及所占比例均产生明显变化。进风格栅叶片通道参数对冷却风流量和系统散热量均产生较明显的影响，在系统匹配和优化中应进行合理设计。　　4.散热器模块风洞试验、台架试验和整车道路试验方法对冷却系统及部件的性能测试各有优势，结合本文研究成果开发的商用车冷却模块匹配设计软件则可充分利用数值计算和试验测试的各种结果，有效提高系统设计的精度。
作者：	吕锋
专业：	动力机械及工程
导师：	俞小莉;刘震涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文