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《計算機輔助工程雜志》2014年第三期

1分析和實驗驗證

在分析發動機艙散熱時，將發動機處于最惡劣工作環境的額定功率點工況作為輸入工況．在64核CPU服務器上提交計算，模型運行30000時間步后開始一維工具耦合，然后每隔5000時間步進行一次耦合，全部計算時間約5d．進入散熱器的冷卻介質溫度是最重要的計算參數，按照目標值設定為輸入參數．在得到實驗參數時將實測值代入一維工具中進行耦合計算，得到的散熱器冷卻介質出口溫度與實測值僅相差0．1℃，見表2．計算值與實驗值吻合非常好．機艙內幾何模型解析度越高，對機艙內流場和通過換熱器的空氣質量流率的預測就越準確，因而對冷氣介質出口溫度的預測也越準確．由于采用精細模型所消耗的計算時間太長，不利于及時得到分析結果并對優化方案進行評估．因此，在完成基礎車與實驗車的對標后，需要對基準分析車型的精細度進行一定程度的縮減，在保證計算精度在可接受范圍內的基礎上縮短計算周期．通過縮減可以將計算時間控制在2d左右，工作效率大大提升．

2結果分析

由圖3(a)可知，氣流加速通過中網進入冷凝器及散熱器，由于受前面橫梁的影響，氣流向上、下分離，并形成偏角;從上隔柵進入發動機艙的氣流由于受到上隔柵形狀以及導流板角度的影響，進入艙內的速度較低，在前保險杠后、上隔柵與中隔柵之間的區域形成較大的渦流，對進入冷卻系統的空氣流量影響較大．同時，散熱器支架與周圍零部件間由于密封不嚴而存在一定程度的流體泄露，也會影響進入冷卻系統的空氣流量．由于中冷器置于前保險杠下端，氣流經過前保險杠下端后不易進入中冷器，因此在中冷器前面加導流裝置，將流經前保險杠的高速氣流引導到中冷器．

3優化方案

針對以上問題，在可接受的設計范圍內，提出格柵造型優化、格柵開口優化和艙內密封優化等方案以及各種組合方案，選取其中效果最好的一種方案，見圖3(b):上格柵開口面積增大20%，調整格柵的形狀和角度到比較合理的范圍，對牌照與上格柵間前保險杠的倒角進行圓滑處理．從圖3(b)中可以明顯看出，進入上格柵的空氣速度明顯增大，進入冷卻系統的氣流速度也得到提升，氣流方向更合理，因此確保冷卻系統前氣流的通暢性是今后考慮布置所必須關注的．優化前后參數對比見表3，可知，優化后上格柵的進氣量得到顯著的提升，平均速度得到較大幅度的提高，進入散熱器的氣流速度更平均;受到上格柵氣流結構的影響，通過下格柵的進氣量有所下降、平均速度有所降低，但是通過散熱器的散熱效率有所提升，散熱器的散熱量提升2．5kW．

4結論

利用格子波爾茲曼方法完成發動機艙散熱一維/三維耦合分析，并與實驗數據進行對比驗證，在此基礎上提出改進優化方案，改善機艙內部的流場特性，提高冷卻系統的散熱能力．(1)利用CFD軟件建立整車和機艙的詳細模型，進行汽車發動機艙冷卻系統性能分析模擬，得到發動機艙內速度場和溫度場分布，為機艙布置及車身造型提供參考．(2)分析結果與實驗數據對標分析的一致性，為通過虛擬方法判斷冷卻系統性能提供準確、有效的指導．(3)進氣通道的通順性和冷卻系統進風的均勻性直接影響其散熱能力和效率．

作者：李小華余顯忠姜瓊單位：江鈴汽車股份有限公司整車性能及測試部