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不同气体模型对商用车前端冷却模块仿真影响分析.pdf
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不同气体模型对商用车前端冷却模块仿真影响
分析
摘要
:
分别采用不可压缩定密度气体模型、理想气体、多项式模拟气体物性模型对商用车前端冷却模块的流动情况
进行仿真分析。结果显示,三种气体模型均能够模拟出商用车前端冷却模块换热器的风量、风速、风温、压降等关
键信息;三种气体模型下的冷凝器、中冷器和散热器的风速、风温趋势相同;相对采用其他两种气体模型模拟,采
用不可压缩定密度气体模型时,商用车前端冷却系统换热器的进风速度最高、进风流量最大、风温最低、换热器风
侧压降最大。
关键词
:
气体模型 商用车 冷却模块 CFD
0 引言
由于商用车主要采用高增压的柴油发动机,而高增压柴油发动机的机体和增压空气的散热量均
比较大,这就要求商用车前端冷却模块的散热器、中冷器的散热性能优异;同时为保证驾驶室的空
调系统工作需求,就需要适宜的冷凝器散热性能。商用车发动机舱前端冷却模块主要有冷凝器、中
冷器和散热器。它们的工作状态对整车传热性能是否良好有着决定性的影响。以往主要是通过整车
风洞或者道路热平衡试验对前端冷却模块的性能优劣进行评估。然而由于整车散热冷却系统的复杂
性,通过试验方法来分析冷却系统各部件之间相互影响,其耗费的时间长、成本高。近年来由于机
舱 CFD 仿真技术的客观条件(场地、试验设备等)限制少、成本低、周期短、获得信息量丰富的优
势,其已经在整车前端冷却系统性能分析中得到广泛而快速的应用。
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整车的热管理仿真主要包括1D 的系统级仿真和 3D CFD 的整车发动机舱流动分析,1D 系统级
仿真主要采用的软件包括 Flowmaster、Kuli、GT-cool,3D CFD 仿真主要采用的软件包括 Starccm+、
Fluent
[4]-[5]
。通常 1D 系统仿真为 3D CFD 仿真提供各个冷却系统散热量和重要零部件温度,3D CFD
仿真为 1D 系统仿真提供冷凝器、中冷器和散热器的进风速度、进风流量、温度和压降等参数。
目前 3D CFD 仿真的空气多采用不可压缩定密度模型,主要根据是认为空气在发动机舱内流动
速度低于 0.3 马赫数,空气本身的物性如粘度、密度、比热等参数并未发生较大变化。然而在整车
热平衡考核工况点,实际上进入格栅的空气在经过冷凝器、中冷器加热后、进入散热器前其温度已
经有较大的升高,普遍升高 15~25℃,空气温度的较大升高已经明显改变空气的物性参数。此时若
继续采用不可压缩定密度的空气模型,其与实际温度升高后的空气实际情况可能会有较大差别。为
分析识别不同气体模型对整车机舱CFD 前端冷却模块仿真结果的影响,将分别采用不可压缩定密度
空气、理想气体和多项式模拟空气物性这三种气体模型对商用车前端冷却模块的空气流动情况进行
仿真。
1 三种空气仿真模型
选择不可压缩定密度模型(constant density,简称 c_d model)时,空气的密度、粘度、比热等
物性参数在整个流体域计算过程中均保持不变,其物性不随着空气温度、压力变化而改变;选择理
想气体模型(ideal gas,简称 i_g model)时,空气的物性参数均随着温度、压力改变而改变,其物
性变化遵守公式(1)规律。
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