发动机舱罩论文（精选4篇）
发动机舱罩论文 篇1
摘要：针对某前置中型客车行驶过程中出现的发动机舱过热问题, 对其机舱鼓包罩后端面形状进行优化设计, 并利用CFD软件分别对改进前后发动机舱内流场和温度场进行数值分析。结果表明:发动机舱鼓包罩形状对舱内热空气的流动有明显的影响, 设计合理的鼓包罩后端面形状, 对改善发动机舱内散热具有一定意义。
关键词：前置客车,鼓包罩,散热,数值计算
前置式中型客车广泛应用于城乡之间的客运输送。与一般前置式公交相似, 前置式中巴发动机舱也具有鼓包罩结构, 正常情况下, 鼓包罩是隔热的。但是由于运行周期长以及相对狭小的发动机舱空间, 前置式中巴容易出现散热问题。特别在炎热的夏天, 外界温度达到35℃ 甚至更高时, 冷却系的散热性能会明显不足, 从而导致机舱内过热, 使鼓包罩表面温度升高[1]。这不但对发动机的性能不利, 也可能造成乘员舱人员烫伤事故。
文中以前置式城市中型客车为研究对象, 针对其鼓包罩后端面形状进行改进设计, 并通过数值计算对比分析了改进前后发动机舱内流动与散热特性。
1 数学建模
1. 1 建立CAD模型
对汽车流场进行CFD数值模拟时, 首先要对模型进行简化处理。文本重点是模拟发动机舱内部的流场和温度场情况, 因而对车身周围细节如雨刮、后视镜、小凸台、小倒角等都不予考虑。另外, 由于发动机舱内结构布置十分复杂, 在当前条件下进行非简化数值计算难度很大, 在建立模型时也予以适当简化。在建模时, 对一些对流场影响比较小的零部件 ( 管道、电线等) 进行了局部简化或忽略。在保证工程精度的条件下, 节省计算时间[2 -3]。图1、图2 为数值模拟的CAD模型。
1. 2 计算域选取与网格划分
计算域的选取要综合考虑边界影响以及计算量。本模型计算域选取为: 车前3 倍车长, 车后6 倍车长, 车上方5 倍车高, 侧向5 倍车宽[4]。发动机舱及车身周围, 压力梯度变化较大, 用六面体网格无法准确模拟其流场变化情况, 因此对该部分区域选用贴体性更好的四面体网格。对于远离车体表面的区域选用六面体网格, 以节省计算空间。散热器、中冷器内的空气流动按均匀流处理, 采用六面体网格。在生成网格时, 对发动机舱内重要发热区域进行了局部加密[5]。最后生成面网格单元约72 万, 体网格单元约520 万。图3、图4 为计算网格模型。
2 边界条件设定
计算采用的边界条件主要包括: 外流场进、出口边界, 静止壁面边界, 滑移壁面边界; 内流场温度壁面边界, 多孔介质模型边界, MRF风扇模型边界等。
计算选取车以30km/h的城市速度匀速行驶工况, 环境温度为35℃ , 进风温度和环境温度相同。为更好的模拟旋流, 选择湍流RNG模型进行计算。入口边界条件设为速度入口, 湍流强度取中等值5%[6]。出口边界条件选择压力出口, 参考压力为标准大气压101325Pa。发热壁面温度通过实车运行工况后, 用红外测温仪测量, 主要有发动机缸体前后端、缸盖前后端、排气歧管、排气管前端、涡轮增压机进出口、冷却水进出口、油底壳等。
风扇采用MRF模型处理, 转速取该工况下的风扇转速。散热器和中冷器均用多孔介质模型模拟, 该模型通过定义多孔介质的阻力系数, 并赋予其体积热源[7]。表1[8]和表2[9]为散热器与中冷器的风阻性能实验结果, 采用最小二乘法进行拟合, 可以得到气流通过散热器、中冷器后的压强损失与来流速度的函数关系式 ( 1) , 式 ( 2) , 然后结合多孔介质的动量方程式 ( 3) , 得到散热器和中冷器的阻力系数, 见表3。
拟合得到的 Δp - υ 函数关系式如下:
对于简单均匀的多孔介质, 可以使用如下数学模型:
式中, α 表示多孔介质渗透率, C2是惯性阻力因子, 黏性系数 μ = 1. 7894 × 10- 5, 气体密度 ρ = 1. 2258kg/m2。
式 ( 3) 和上述 Δp - v函数等价, 因此可以通过对比系数分别得到散热器和中冷器的阻力系数, 见表3。
3 计算结果分析
3. 1 鼓包罩改进前后舱内气流流动变化
本文通过分析, 在不影响机舱主体结构的前提下, 针对鼓包罩后端面形状进行了两种改进。第一种是改变鼓包罩后端面倾角 ( 图5a) , 即从乘员舱台阶处至发动机缸盖后端面约35°。第二种是从乘员舱台阶处作切弧面连接 ( 图5b) 。本文重点分析了第一种方案的改进效果。
图6 给出了改进前后发动机舱的气流流线图。从图中可以看到, 初始端面 ( 图6a) 下, 气流流出发动机舱的流线比较紊乱, 而改进后 ( 图6b) 的出流迹线则明显更加平滑顺畅。这说明鼓包罩后端面倾角改进后, 气流在发动机舱出口处的流动特性变的更好了, 这有利于机舱内热环境的改善。
图7 显示了改进前后车身纵向平面面发动机舱的速度矢量图。可以看到, 初始端面 ( 图7a) 下, 气流从风扇出来后, 到达鼓包罩上端时有少量回流, 然后沿鼓包罩上沿向后流动, 在通过鼓包罩后端面拐角时速度较小, 而且在出口后方及下方产生了明显的回流。改进 ( 图7b) 后气流的出流速度变大, 而且几乎没有出现回流现象。这是由于一方面倾角增大后, 沿鼓包罩流通通道上的阻力减小, 气流获得较大的出流速度; 另一方面倾角增大后气流的出流更加平滑, 避免了因流动方向突变产生的回流。
3. 2 鼓包罩改进前后舱内温度分布变化
图8 是鼓包罩改进前后平行于地面平面的温度等值线云图。从图中可以看到, 改进后机舱内的高温区域减小, 而且温度值有所降低, 涡轮增压机周围 ( 图8a) 、空气滤清器左后方 ( 图8b) 以及排气管后方 ( 图8c) 高温区域明显比改进前要小, 而且最高温度也低于改进前。综合流场的分析结果可知: 改进前气流沿鼓包罩流动阻力较大, 速度较小, 发动机舱内的热量无法及时被带走, 造成了增压机等部分区域的热量堆积。另外, 鼓包罩后端面处的热气流回流也导致了空气滤清器左后方等部分区域的温度升高。改进后舱内热气流在出口处受到的阻力限制减小, 流动特性变好, 热量被及时带走, 从而使舱内的热环境得到改善。
3. 3 鼓包罩改进前后舱内空间点温度
本文通过数值计算, 给出了原车以及两种改进方案机舱空间点的温度分布情况。为了较准确地描述改进前后机舱内的温度变化, 在机舱内主要零部件周围任取了12 个空间点, 这些点主要分布在风扇区域、发动机区域和机舱鼓包罩区域。图9 是空间点的位置示意图。
图10 给出了改进前后机舱内不同地方的温度对比情况。通过图示可以看出, 两种改进方案均使舱内关键区域的的空间温度有所降低, 在一定程度上改善了舱内的热环境, 这与前面流场分析的结果一致。
另外可以发现, 相比改变倾角, 切弧端面对于发动机舱鼓包罩区域的温度改善效果要更好, 这说明圆滑的过渡面对发动机舱气流的出流更加有利。
4 结论
1鼓包罩的形状会影响发动机舱内的温度分布, 采用更加圆滑的出口过渡面, 能加快舱内热气流的出流。
2从风扇出来的气流到达鼓包罩上沿后有部分回流, 降低了气流的流出速度, 应该在风扇出口处添加导流罩。
3减小发动机舱气流流动通道阻力, 对改善舱内热环境意义重大。
参考文献
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[8]BEHR laboratory (Germany) .Evaluation Report of Performances for the Radiator.
[9]BEHR laboratory (Germany) .Evaluation Report of Performances for the Charge Air Cooler.
发动机舱罩论文 篇2
1激光跟踪测量技术
激光跟踪仪为集激光干涉测距技术、光电检测技术、精密机械技术、计算机技术、现代数值计算理论等于一体的新型测量仪器[2], 通过数字化设计模型提取的理论数据与测量获取数据的比对评价, 实现零组件、部件外形的精确测量。激光跟踪仪是基于球坐标系的空间坐标测量机, 可实现目标的静态坐标测量和动态轨迹跟踪。目前使用的Leica AT901-LR激光跟踪仪的测量范围已达160m, 测量精度达到15μm+6μm/m。激光跟踪仪测量原理如图1所示, 即通过测量一个长度和两个角度 (一个方位角、一个高度角) 来确定被测点的三维坐标:设跟踪器的旋转中心和被测靶镜的中心分别为O点和P点。两个角度编码器可分别测量出P点的水平方位角α和垂直方位角β, 激光干涉仪可测得O点到P点的距离D, 那么P点坐标 (X, Y, Z) 可由下列公式计算得出:
2基于激光跟踪仪的典型零组件外形测量
某发动机舱罩后段上盖组件如图2所示, 根据设计要求对其外形进行测量并进行分析。
2.1测量任务分析
测量任务分析主要包括该发动机舱罩后段上盖组件采用的测量方式, 测量对象和对应测量对象处的公差要求, 然后设置相应激光跟踪仪的站位, 完成该发动机舱罩后段上盖组件的测量。
2.1.1测量方式
该发动机舱罩后段上盖组件外形由于其刚度不够, 在型架上组装完后会产生一定的变形, 因此测量方式主要采用架下测量, 即在组装完成后先在架上测量合格后, 然后取下并在型架下再进行检测。架下测量采用粗定位和精确定位两步完成测量坐标系到装配坐标系的转化。
2.1.2测量对象及公差要求
该发动机舱罩后段上盖组件的测量对象是其整个外形, 公差要求是整个外形的公差要求是1.5mm, 且超出误差范围内的点不得超过总数的8%, 最大超出点的误差不大超过要求的120%, 即最大超差点的误差应在±1.8mm内。
2.1.3站位设置
Leica AT901 LR激光跟踪仪的测量范围已达160m, 测量精度达到15μm+6μm/m。同时考虑到激光跟踪仪布站原则, 激光跟踪仪设置在该发动机舱罩后段上盖组件的中间, 距离为2.5mm左右处。
2.2测量方案实施
2.2.1粗定位
将该发动机舱罩后段上盖组件stp格式的CAD模型导入到计算机测量软件中。此CAD模型包含零组件及部件的MBD数字化定义模型。在此CAD模型上选取六个特征点如图2所示, 此六个特征点应尽量包括该曲面的所有特征, 且要限制住此型面的六个自由度。然后在设置好的激光跟踪仪站位下, 测量此六个特征点, 通过最小二乘法完成该发动机舱罩后段的初步对齐。
2.2.2精定位
六点粗定位后, 该发动机舱罩后段上盖组件在激光跟踪仪下的测量坐标系已经初步转化到装配坐标系下, 结合该组件的自身特点, 对其关键测量点进行测量。因组件一般较小, 考虑测量效率和测量准确度, 一般直接通过扫描其外形, 测量出外形的OTP点如图所示, 然后将扫描测量出来的OTP点云和数模CAD模型通过最小二乘法进行迭代拟合, 最终完成该发动机舱罩后段上盖组件的精确定位, 完成基准的统一。同时最佳拟合完成后, 将扫描测量出来的OTP点的偏差值显示出来。
2.3测量报告与分析
测量报告如图3所示, 可见有8个测量点超差。原则上每个OTP点的超差值不得超过其公差的20%, 并且超差总数少于8%的属于合格产品。而此组件外形只有一个点的误差为-2mm, 超出公差要求的±1.5mm的20%, 对此点进行分析由于其外形周围只有此点超差, 可判定是测量因素造成的。最终通过测量分析该发动机舱罩后段上盖组件外形合格。
3结语
本文应用激光跟踪测量技术, 以某型号通用飞机的发动机舱罩后段上盖组件为典型研究对象, 研究了组件外形测量中的主要技术问题, 实现了组件外形的测量。通过分析该组件外形的测量方式、跟踪仪站位设置等问题, 给出了测量方案, 实现了组件外形的测量。实际应用表明, 采用上述技术和方法能够精确、高效的完成组件外形测量。后续研究将进一步深化数字化测量技术在工程实际中的应用, 减少测量误差, 提高装配效率和装配质量。
参考文献
[1]胡问鸣.通用飞机.第1版.北京:航空工业出版社, 2008:3-8
发动机舱罩论文 篇3
关键词：水系灭火装置,发动机舱,耐油腐蚀,灭火性能,爆缸
近年来汽车火灾频发, 严重损害生命和财产安全, 因此, 如何在发动机舱内配置适用的灭火装置受到各方的关注。由于针对水系灭火装置的灭火性能以及水系灭火装置在发动机舱的适用性的研究较少。因此, 笔者通过灭火试验以及水系灭火装置在发动机舱内的冷喷试验, 研究水系灭火装置在发动机舱内的适用性。
1 水系灭火装置发动机舱火灾灭火试验
1.1 试验模型
水系灭火装置灭火性能的实体试验模型是参照瑞典SP 4912标准建立的, 如图1所示。该模型模拟客车发动机的组成部件、同时模拟发动机舱中的油污、隔音棉、油管破裂等部位起火, 共设置12个模拟起火点。该试验模型的外形尺寸为2 400mm×1 500mm×1 400mm, 试验模型底面有1/2的面积为镂空面积;发动机模型为1 200mm×750mm×600mm, 置于试验模型内的中心位置, 纵向放置;风扇模型为直径为700 mm, 高度为200 mm圆筒, 置于试验空间左侧位置, 距试验模型底面高度150mm, 距左侧箱壁200mm, 距后舱门220mm;空气过滤模型为直径为300mm, 高度500mm的圆筒, 两边封闭, 设置于试验箱右边, 距试验箱底部300 mm, 距右挡板50mm, 距后舱门500mm;排气管模型为直径为100mm, 长度为800mm的圆管, 两边封闭, 固定于模型的右下侧, 距试验箱下部100mm, 距试验架边缘100mm。
试验模型内火灾模型为:钢板厚度为2mm的钢质方形油盘 (350 mm×200 mm×50 mm) , 将油盘内加入500mL汽油, 油盘底部垫水, 液面距油盘上沿20 mm;350mm×200mm×50mm隔音纤维棉, 并喷洒500mL柴油, 隔音纤维材料设置于发动机模型上方的冲孔铝网板中;壁厚2mm的钢质圆形油罐, 内径90mm, 高度100mm, 试验罐底部垫水, 上部汽油高度为50mm, 液面距试验罐口10mm;高压柴油喷油嘴设置于发动机模型左右两侧上方, 喷口朝向排气管和消声器, 高压柴油喷油嘴压力为1.5 MPa、流量为0.8L/min。
1.消声器;2.发动机模型;3.灭火油盘;4.散热风扇模型;5.油罐;6.散热水箱;7.隔音纤维棉;8.排气歧管;9.喷油嘴;10.油盘;11.油罐;12.油盘;13.空气过滤器;14.油盘
水系灭火装置设置在发动机舱火灾模型以外, 喷射管路及喷头设置在灭火模型内。装置参数:充装药剂量7kg、充装压力1.6 MPa、金属连接管路、喷头10只。
发动机舱内管路布置及喷头布置, 如图2、图3所示。
1.2 试验方法
试验时, 先点燃油盘、油罐、隔音纤维棉的火灾模型, 然后启动高压油泵, 点燃喷油火, 然后启动散热风扇, 并关闭后舱门, 从点火开始至30s, 手动启动灭火装置。
1.发动机舱;2.水系灭火装置喷头;3.水系灭火装置进口管路
1.3 试验结果与讨论
灭火试验的结果:在水系灭火装置喷射结束后 (水系灭火装置喷射时间为12s) , 扑灭所有12个点的模拟火焰, 灭火成功。
由上述实验结果可见, 水系灭火装置可以扑灭现有的灭火模型, 实现有效灭火。同时, 还具有抗复燃性强、可消烟除尘等性能, 并且水系灭火装置通常放置在发动机舱以外, 避开了发动机舱内的恶劣环境, 使其性能更安全、可靠, 便于维护。
水系灭火剂灭火的主要机理是物理降温, 单位时间内水系灭火剂的吸热量一定要大于发动机舱起火时的散热量方可有效灭火。因此, 除灭火剂本身的性能外, 喷头的数量与安装位置、雾化效果、覆盖面积、均是影响灭火的主要因素。试验表明, 水系灭火装置在发动机舱的应用, 宜按照全覆盖与重点位置加强保护的原则布置管路和喷头。
2 水系灭火装置对发动机的影响试验
2.1 试验模型
水系灭火剂喷洒到正在运行的发动机舱内, 是否会造成发动机爆缸或其他严重损害, 这是业界对该类装置在发动机舱内的应用产生的最主要疑虑, 国内外也查不到关于该方面研究的先例。笔者进行了该方面的试验研究。
试验模型采用奥迪轿车, 试验前在发动机舱布置水系灭火装置喷头, 发动机舱及喷头布置, 如图4、图5所示。
发动机舱内布置5只热电偶监测发动机舱内环境温度。同时用红外辐射测温仪监测机舱内部件的表面温度, 发动机舱内环境温度及表面温度的测温点布置, 如图6、图7所示。
1.灭火装置;2.高压软管;3.高压金属管;4.喷头
1.配气机构;2.测点3;3.发动机;4.测点1;5.测点5;6.测点4;7.发动机舱;8.排气管;9.测点2
1.配气机构;2.测点1;3.发动机;4.测点4;5.测点3;6.测点2;7.发动机舱;8.排气管
2.2 试验方法
试验模型准备完毕后, 启动发动机及测温装置, 待发动机水温表升到正常数值, 并且机舱内环境温度及部件表面温度均稳定后启动水系灭火装置, 灭火剂喷洒过程中观察发动机的运转情况并记录发动机舱内的温度变化, 灭火剂喷射结束后, 将发动机熄火, 并连续进行3次启动-熄火测试。试验结束后, 待发动机内水系灭火剂自然干燥后, 再次连续进行3次启动-熄火测试。
2.3 试验结果及讨论
5只监测发动机舱内环境温度的热电偶测试结果, 如图8、图9所示。监测机舱内部件的表面温度的红外辐射测温仪测试结果, 如表1所示。
由图8、图9和表1可知, 在灭火剂喷洒过程中, 因水系灭火剂的冷却作用, 发动机舱内的环境温度会发生波动, 其最高温度点在130℃。机舱内部件温度会有小幅度的下降, 并未出现部件表面温度骤降的现象, 降温幅度不会使发动机部件因为热胀冷缩而发生裂纹, 未见对发动机正常运转产生影响。
试验时, 灭火剂喷洒过程中发动机出现转速降低现象, 但能保持正常运转, 灭火剂喷射结束后, 将发动机熄火, 并连续进行3次启动-熄火测试, 发动机均能正常运转。试验结束后, 待发动机内水系灭火剂自然干燥后, 再进行连续3次启动-熄火测试, 发动机能正常运转。
综上所述, 水系灭火装置喷射时不会对发动机造成爆缸及其他损害。
4结论
(1) 水系灭火装置能够成功扑灭基于SP 4912搭建的发动机舱火灾模型。
(2) 水系灭火装置喷射到正在发动的发动机舱内, 未见对发动机舱的正常运转发生直接影响, 灭火剂喷射结束后发动机能正常启动、运转。
(3) 水系灭火装置的灭火性能、冷喷对发动机舱内部件的影响等试验结果表明, 水系灭火装置适用于发动机舱的灭火保护。
参考文献
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发动机舱罩论文 篇4
关键词：发动机舱,仿真分析,温度分布,涡流分析
0 引言
汽车发动机舱类似一个半封闭的空间,舱内包括了发动机、冷却系统、进排气系统、传动装置、空调以及液压设备等部件,各部件在热环境内相互影响[1],使发动机舱内空气的流动和传热过程非常复杂,舱内气流的分离和旋涡的紊流也会影响汽车的气动阻力。Vivek Kumar用CFD结合流体网络模型的方法[2],把整个区域划分成不同的气流通道,求解一维质量和动量守恒方程得到风量与压力的分布;该方法可缩短CFD技术求解时的迭代时间。Robert D等采用高效的电子水泵和电子风扇设计了多风扇布置型式的冷却系统,高速公路车载试验的燃油量[3]减少了5.3%~8.6%。国内研究人员从智能化的发展方向提出风扇和水泵功率分配的控制策略,采用主动抗扰控制算法节约总能耗[4]。同时,对发动机舱紧凑的内部结构进行优化布置,以减少流动损失为目的重新设计前格栅和热交换器;为了避免逆向流动优化各部件之间的空间距离[5,6]。
在汽车设计过程中,发动机舱的散热效果往往只评价散热器的综合性能或散热器与风扇的匹配,现有的检测设备很难全方位地测量发动机舱内部的传热传质过程;仿真计算已成为发动机舱设计过程中必不可少的环节,它不受风洞实验中边界效应或边界干扰、支架干扰、相似条件不能满足等的限制。因此,本文针对一款大客车发动机舱,建立已安装发动机、风扇、散热器、冷凝器、发动机等零部件的整车模型,设定参数及模拟发动机舱内流体轨迹和流动特点,并对比发动机舱的结构布置在改进前后的冷却效果。
1 发动机舱热管理的仿真计算
舱内的空气流动情况和温度分布对整车热管理至关重要。若舱内存在旋涡或空气流动死区,就会造成热量的堆积。这些热量堆积如果发生在耐高温程度较差的部件附件(例如塑胶电线),就可能造成部件的损坏,严重还会发生自燃。
1.1 几何模型
在客车车身的模型内建立发动机舱的几何模型,为了保证计算的准确性,模型包括车身的进气格栅[7]、发动机、涡轮增压器、消声器、空调、散热器、车轮等,如图1、图2所示。对流动影响不大的油管、水管和电缆等做适当的简化处理。
1.2 边界条件、单元区域条件和物理模型
边界条件是一个物理方程在区域边界上的值。本模型包含三种流动边界条件(速度进口、压力出口、壁面)、两种换热边界条件(热通量、温度)、多孔介质边界条件、风扇边界条件,其中假设风扇模型无限薄、空气通过风扇的压升是气流速度的函数,表达式为Δp=2 300-86v+8v2-0.2v3;设置散热器和中冷器的进风面为多孔介质边界,参数如表1所示;设置发动机、变速箱、增压器、三元催化器、电池等零件的表面温度边界条件,如表2所示。在单元区域条件的选项中把水箱散热器和中冷器设置成恒功率源区域,其值分别为650 k W/m3和150 k W/m3。
在FLUENT中选择基于压力(Pressure⁃Based)的求解器,其应用范围覆盖从低压不可压缩流体到高速压缩流体,求解过程灵活。在压力⁃速度耦合的求解方法中选择半隐式连接压力方程算法(SIMPLE),这种算法能更快地得到收敛值。两方程k-ε模型被广泛应用于汽车绕流问题中,其中Realizable k-ε能准确模拟壁面形状变化剧烈的汽车表面的流动分离和流场中的湍流。湍流模型包括三种壁面函数:标准壁面函数、非平衡壁面函数和增强壁面函数,考虑到客车车身及其发动机舱内存在的回流和冲击等复杂气体运动,采用适用于压力梯度变化迅速的非平衡壁面函数。
℃
2 结果与分析
2.1 发动机舱空间流线分析
空气从地面与车身间的空隙绕过车轮上表面进入发动机舱左侧,从机舱右侧流出,如图3(a)所示,由于冷却风扇的抽吸作用,发动机表面的空气经过中冷器和散热器,从机舱底部、车身右格栅和后格栅流出,其中从后格栅左侧分流的气体垂直于地面上升,到达一定高度后成水平状;从后格栅右侧分流的气体成螺旋状涡流。部分气体分流从沿机舱顶部至排气管侧形成循环流动,见图3(b),不利于发动机表面的散热;而且油底壳的气体被引至进气管侧,然后到达水箱散热器,这会增加进气温度和散热器负荷。
2.2 发动机舱散热分析
图4是垂直于z轴、温度高于70℃的空气温度分布云图,截面高度在接近于从增压器至中冷器管道的下方,在此截面高温区域不在发动机排气管一侧,而在发动机缸盖至左格车身和散热器至车身尾部的部分区域。结合图5所示的空气速度分布来看,这是由于发动机排气管侧的热量被旋转的气流带至左侧车身,同时设置成恒温的管路也加热气流。气流在风扇出口处加速,然后在整个发动机舱内部逆时针旋转,左侧格栅与中冷器前端的区域存在小范围的涡流,而且在风扇出口处的上方由于压力升高造成气体回流。
2.3 结构改进
从原车型的流场仿真计算可知,客车发动机与散热器的并排布置使得机舱气流形成大涡流,甚至靠近右侧车身的电机热量也被气流带至车身左侧,为了增加水箱散热器的冷却效果,在水箱和发动机之间增加一块金属挡板,经FLUENT迭代计算后的气体流线如图6所示。
从图6(a)可看出,由于金属挡板的存在,空气在发动机舱内未形成大面积的涡流,经过缸盖和增压器泵轮的流体会形成小区域的涡流,随后沿右侧车身高速流出;如图6(b)所示,部分气流从车底流向左侧车身格栅,再通过水箱散热器和车身尾部向下流出,从后舱门格栅流出的空气不多,未充分发挥后舱门格栅散热的作用;但与无挡板的机舱设计相比,大部分气流没有在发动机舱内形成循环流动,有利于发动机高温零件的散热。
图7是y和z截面上的气体流速矢量图,空气从左侧舱门格栅高速流入,在挡板壁面附近气流加速,致使舱内上部空间和下部空间都形成明显的涡流;气流进入发动机一侧时速度降低,主要向车底流动。由于风扇的泵吸作用,在垂直于z轴平面空气从左侧格栅高速流向后舱门方向,在靠近电池处有涡流,新鲜冷却空气的进入有助于电池的散热;由于风扇罩与左侧车身之间有缝隙,气流在该缝隙处有回流。图8是与图4同一高度位置的温度高于70℃的空气温度分度云图,高温区域转移到缸盖附近,散热器附近的高温区域大幅度消失,这是由于高温区域的分布与气体流动轨迹有关,同时增加挡板后机舱内的高温气流从车底流出或进入车身左侧格栅和散热器,而不是从高温的发动机上方进入散热器。
3 结论
在风扇的抽吸作用下大部分气体在原型车的机舱内循环流动,散热风扇出口处的上方有回流;高温气体分布在增压器至中冷器和散热风扇附近,不利于降低进气温度和散热器负荷;发动机和散热器之间的挡板改变机舱内的气流组织,机舱内循环流动的区域变小,同时进入车身左侧格栅形成的涡流有助于电池散热;机舱内高温区域主要分布在发动机缸盖上方,流经机舱高温元件的气体大部分从车底流出,增加挡板的设计能有效隔阻发动机的热量传到散热器,提高散热器的冷却效果。
参考文献
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