![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
基于CFD数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究.pdf
《基于CFD数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于CFD数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Research on Flow Uniformity of Automotive Charge AirCooler Based on CFD Numerical SimulationZHANG Hui1,2;WANG Pengchao1;XU Hui1;GONG Yumei1;CHEN Jiyan31-Auto College,Taizhou Vocational and Technical College(Taizhou,Zhejiang,318000,China)2-InstituteofLeanManufacturingforKeyAutomotiveComponents,Taizho
2、uVocationalandTechnicalCollege3-Zhejiang Yinlun Machinery Co.,Ltd.Abstract:In order to solve the problem of poor flow uniformity in the internal flow passage of automobilecharge air cooler(CAC),an optimal structure of adding guide plate in the air chamber of CAC was pro原posed.Based on the CFD numeri
3、cal simulation,the gas mass flow distribution,velocity field and pressurefield in the CAC were analyzed,and the validity of the simulation model was verified by the wind tunneltest.On this basis,the influence of flow guide plate on the internal flow uniformity of CAC was compared.The results show th
4、at the deviation of the average mass flow rate of each heat pipe in the CAC decreasesfrom 7.66%to 3.20%,the allowable ambient temperature of the CAC increases by 0.84益 and the pres原sure loss of the air chamber decreases by 37.4%.It can effectively improve the flow uniformity of CAC,improve the heat
5、dissipation performance,reduce the core thermal stress concentration,and reduce therisk of reliability failure.It provides valuable engineering practice for study of CAC flow uniformity.Keywords:Charge air cooler;Flow uniformity;Air chamber guide plate;Heat performance摘要:针对汽车中冷器内流道气体流动均匀性差的问题,提出了一种在
6、中冷器气室安装导流板的中冷器结构优化方案。基于CFD数值模拟,对中冷器内部气体质量流量分布、速度场和压力场进行了分析,通过风洞试验验证了仿真模型的有效性。在此基础上,研究了气室导流板对中冷器内流道气体流动均匀性的影响。研究结果表明:合理设置导流板,中冷器各散热管气体平均质量流量偏差由7.66%减小到3.20%,中冷器许用环境温度提高了0.84 益,气室压力损失减少了37.4%,改善了中冷器内流道气体流动均匀性,提高了散热性能,避免了芯体热应力集中,减少了可靠性失效风险。此中冷器结构优化方案可为中冷器流动均匀性研究提供参考。关键词:中冷器流动均匀性气室导流板散热性能中图分类号:U464.135+
7、.8文献标识码:A文章编号:2095-8234(2024)01-0011-06基于 CFD 数值模拟的汽车中冷器流动均匀性研究*张辉1,2王鹏超1徐慧1龚玉梅1陈基岩3(1-台州职业技术学院汽车学院浙江台州3180002-台州职业技术学院汽车关键零部件精益智造研究所3-浙江银轮机械股份有限公司)*基金项目:2023年度高校国内访问工程师校企合作项目(FG2023224);浙江省教育厅科研项目(Y202147319)。作者简介:张辉(1988-),男,硕士,讲师/工程师,主要研究方向为汽车冷却系统设计。引言中冷器是汽车冷却系统的核心部件,增压后的高温需要中冷器进行冷却,以提高发动机的经济性、动力
8、性,同时降低HC、CO和NOx排放。目前,汽车冷却系统普遍采用管带式结构的空空中冷器。中冷器小 型 内 燃 机 与 车 辆 技 术SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE第53卷第1期圆园24年2月Vol.53 No.1Feb.2024小型内燃机与车辆技术第53卷性能评价指标包括传热系数和内流道增压空气的压力损失,如何以最小的压力损失来得到最大的传热系数,是中冷器设计的关键。而这2个指标都与其内流道增压空气的流动均匀性密切相关,即增压空气流经中冷器各散热管流量的一致程度。中冷器气流分布不均匀会造成2个方面的负面影响:一个方面是
9、中冷器芯体局部区域高流量形成高温区,部分区域低流量形成低温区,无法充分发挥低温区的散热能力,导致中冷器整体散热性能下降;另一个方面是芯体各散热管内流量差异大,容易形成较大的温度梯度,增加芯体局部热应力,降低中冷器可靠性及使用寿命,尤其是降低冷热循环热疲劳寿命1-2。中冷器内流道气体流动均匀性一直是散热器生产企业产品研发者和学者的研究重点。张博峰等3提出的中冷器整流装置能有效改善中冷器内流道气流分布均匀性,但同时会大幅增加压力损失,造成涡轮迟滞效应。P.Stephenson等4的研究表明,中冷器进出口位置和气室结构形状对气体流动均匀性起到关键作用。孟祥延等5对中冷器气室外形结构进行优化设计,分析
10、结果表明,气室是中冷器压力损失的重要部件,但受发动机舱结构布置限制,中冷器进出口位置和气室外形轮廓很多时候无法大幅调整。李晗等6分析了气室结构、芯体尺寸以及中冷器内部压力、温度、流量等参数对气体流动均匀性的影响,得出芯体尺寸、进气压力与气体流动均匀性呈负相关,进气温度与气体流动均匀性呈正相关的结论。气室对进入中冷器的增压空气进行分配引流,尤其是进气室结构对内流道气体流动均匀性和压力损失起到决定性作用。本文针对某款汽车中冷器散热性能差、压力损失大的问题,提出一种带导流板的中冷器结构优化方案,基于通过风洞试验验证的CFD仿真模型,对比分析有无导流板的中冷器内部流量、速度、压力的分布情况,验证优化后
11、中冷器结构的有效性,从而为中冷器气室结构设计提供参考。1研究对象1.1中冷器几何模型图1为某款汽车管带式空空中冷器。由进出气室和芯体构成,芯体包含主板、侧板、散热管、散热带和紊流片。芯体参数见表1。增压空气流经23根散热管进行散热,管内焊有错齿形紊流片,管外焊有百叶窗散热带,以强化中冷器的散热能力。在发动机舱日益紧凑的情况下,这是一种非常典型的中冷器结构,具有以下特征:进出管口偏离中心,非对称布置;横向尺寸大,气室管口扩口区域小,不能很好地将气流往芯体两端引流。该类中冷器内流道气体流动均匀性差,各散热管质量流量偏差能达30%以上,严重制约了中冷器散热性能以及可靠性和使用寿命的提高。当高速增压空
12、气通过进气管进入进气室时,由于流体惯性,不能沿着气室扩口形状马上扩散到整个过流截面,存在一个逐步扩展过程,从而会在气室内部形成大量的涡旋区。进气口对应区域的散热管压力大,流经的气体流量多,两侧的散热管气体流量就较少。以上是造成中冷器内部气体流动均匀性差的根本原因,导致中冷器散热效率低、芯体局部热应力集中。1.2控制方程及边界条件流体流动数值模拟分析过程采用的控制方程为不可压缩流动的质量、动量、能量守恒方程。1)质量守恒方程鄣鄣xj(籽uj)=0(1)2)动量守恒方程鄣鄣xj(籽ujui-子ij)=鄣p鄣xj(2)3)能量守恒方程鄣鄣xj(籽ujh-k鄣T鄣xj)=uj鄣p鄣xj+子ij鄣ui鄣
13、uij(3)图1中冷器结构图进气室表1中冷器芯体参数项目参数芯体尺寸(长伊宽伊厚)/mm925伊522伊50散热管根数23散热带个数24紊流片个数23主板散热带散热管1散热管23侧板出气室散热管12第1期分析过程中,增压空气流速远低于358km/h,可认为是不可压缩气体7;中冷器内部结构复杂,容易引起气流分离,芯体简化为稳态的k-着湍流多孔介质模型,采用SIMPLE算法;中冷器内部壁面无滑移设定。中冷器边界条件:1)热侧入口采用质量流量边界,其值为29.9kg/min,进气温度为180 益,流动方向与管口平面垂直;2)为了防止出现回流现象,出口设置为压力出口边界,静压值为0;3)为了降低计算过
14、程中阻塞效应、Renault效应以及洞壁效应的负面影响,保证流体能够更好地流通,在进出管口引入导流体,进口长度为5倍管口直径,出口长度为10倍管口直径8-9。1.3网格划分中冷器结构复杂,为了研究气室内部结构对气体流动均匀性的影响,简化处理安装孔、散热带等外部结构。整个模型采用混合网格,进出气室采用非结构网格,芯体部分采用全结构网格,网格数量约为850万个。2模拟分析根据整车性能要求匹配中冷器的芯体参数,以满足发动机许用环境温度和系统压力损失要求。在此基础上优化中冷器气室结构,改善内流道气体流动均匀性,对中冷器的散热性能和可靠性提高非常有效。首先,基于CFD数值模拟计算,对无导流板中冷器气体流
15、动均匀性进行分析。2.1评价参数为了定量分析中冷器内流道增压空气的分布情况,以散热管为研究单元,计算流经每根散热管的质量流量,并以平均质量流量、质量流量偏差和平均质量流量偏差作为中冷器气体流动均匀性评价指标。1)平均质量流量M。M=nk=1移Mkn(4)式中:n为中冷器散热管总根数;Mk为第k根散热管内气体质量流量。2)质量流量偏差Qk。各散热管内气体质量流量与平均质量流量M之间的偏差。Qk=(Mk-M軓)M軓伊 100%(5)3)平均质量流量偏差Q。所有散热管内气体质量流量偏差的平均值,是评价气体流动均匀性的主要指标。理想情况下,各散热管间流量偏差为零,这是中冷器优化设计的终极目标。但受制于
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 CFD 数值 模拟 汽车 中冷器 流动 均匀 研究
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。