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2017-03-10 by:CAE仿真在线 来源:互联网
近年来,汽车自燃的现象时有发生,这是由于汽车发动机舱散热不及时造成的。汽车发动机舱内空间狭小,内部错综复杂地布置着发动机、风扇、散热器、排气歧管、空调冷凝器、中冷器等众多部件。各个零件及子系统在整车热环境中相互影响,空气流动非常复杂,导致舱内散热不畅,致使机舱温度升高,直接影响相关零部件性能,温度过高时有可能导致部件损坏甚至是发生自燃等现象。
在这种困难的情况下,如何合理布置机舱零部件,避免发动机舱内形成流动死区和局部高温区,这些都对设计人员提出了巨大挑战。传统的设计方法是单纯的依靠试验来解决,难度比较大,费用高,而且周期相对也比较长。计算流体动力学(CFD)已经广泛应用于汽车发动机舱的热分析中,用于分析发动机舱内的流动特性和温度分布,为舱内冷却系统设计和零部件布置提供指导意见。
发动机舱涉及到多种换热形式:部件内部产热、高温部件的热辐射、零部件内部导热、零部件与流体之间的对流换热等。ANSYS FLUENT含有常见的各种类型的传热问题,既包括简单的导热/对流问题,也包括传热和流动的耦合计算,以及比较复杂的浮力驱动流动/自然对流和辐射传热问题。便捷的附加源项和完备的热边界条件,能够满足对流、导热、辐射以及混合换热等多种换热方式的需求,可以快速地完成相应换热问题的建模过程。
首先考虑汽车在低速负载爬坡的极端工况。此状态下,FLUENT模型耦合一维的冷却系统模型和一维发动机模型,考虑系统级的边界条件和性能匹配,可以精确地预测发动机舱内关键位置的气流和温度分布。
图1 一维发动机模型
图2 发动机机舱内温度分布
表1 发动机机舱内关键位置温度分布
当汽车经过长时间的低速爬坡后,突然关闭发动机和冷却风扇,发动机舱内会发生热浸现象。此时,发动机舱内的散热主要依靠自然对流形式。采用瞬态仿真模拟机舱的散热过程,可以观察舱内温度随时间的变化过程。
图3 发动机机舱内流线分布
图4 发动机机舱内典型高温部件温度随时间的变化曲线
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