2011年(第33卷)第6期汽�车�工�程AutomotiveEngineering2011(Vo.l33)No.62011101整车热管理的一维与三维耦合仿真��原稿收到日期为2010年8月19日,修改稿收到日期为2010年11月8日。张宝亮1,范秦寅2,胡广洪1,倪冬香1,张�苗1,苏�舒1,周校平3(1�上海交通大学塑性成形工程系,上海200030;�2�日本大阪大学大学院工学研究科,日本大阪565-0871;3�上海交通大学机械与动力工程学院,上海�200030)[摘要]�同时建立了三维整车热管理数值模型和发动机及其冷却系统的一维数值模型。发动机舱内流场及其换热特性三维仿真获得的对流换热系数和换热量,可用来在发动机及其冷却系统的一维仿真中算出冷却系各部件的温度;这些又可作为三维仿真的边界条件,去更新发动机舱的热流特性。如此反复迭代直至收敛。这样的一维和三维耦合仿真分析,为样机制造前整车热管理的仿真提供了一种有效的方法。关键词:汽车;热管理;一维/三维耦合仿真;发动机舱;CFD;换热1D/3DCouplingSimulationonVehicleThermalManagementZhangBaoliang1,FanQinyin2,HuGuanghong1,NiDongxiang1,ZhangMiao1,SuShu1&ZhouXiaoping31�DepartmentofPlasticityTechnology,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai�200030;2�MechanicalEngineering�Micro�MechanicalScienceDivision,OsakaUniversity,Osaka,Japan�565�0871;3�SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai�200030[Abstract]�Both3Dnumericalmodelforvehiclethermalmanagementand1Dmodelfortheengineanditscoolingsystemarebuil.tTheconvectionheat�transfercoefficientandheat�transfervolumeobtainedfrom3Dsimula�tionontheflowfieldandheat�transfercharacteristicsofenginecompartmentcanbeusedin1Dsimulationontheen�gineanditscoolingsystemtocalculatethetemperaturesofvariouscomponentsincoolingsystem,whichwillinturnbetakenastheboundaryconditionsof3Dsimulationtoupdatethethermalflowcharacteristicsofenginecompart�men.tIterationcontinuesuntiltheresultsareconverged.Sucha1D�3Dcouplingsimulationprovidesaneffectivesimulationtechniqueforthermalmanagementsofenginebeforetheprototypeisbuil.tKeywords:vehicle;thermalmanagement;1D/3Dcouplingsimulation;enginecompartment;CFD;heattransfer前言整车热管理从整体角度出发,考虑各种工况汽车内、外流场相互影响,将各个部件,例如发动机舱、冷却系统、预热与保温系统和气候控制系统等集成为一个有效的热管理系统,减小各系统的尺寸和功率消耗,完善管理并合理利用热能,保证关键部件与系统安全高效运行,并考虑减少环境污染[1-2]。物理实验不仅受到模型大小、流场扰动、测试人员安全和准确度的限制,而且成本高、周期长。CFD仿真可预先研究、条件限制少、信息丰富、成本低、周期短[3]。高效稳定的整车发动机舱热管理技术,是汽车进一步改善经济性和动力性的主要途径之一,它可以帮助解决汽车设计里的各种问题,例如,各种工况下发动机舱的温度分布与最高温度的位置、油封等密闭件处的最高温度、油冷器与仪表盘等的环境温度、排气管辐射对乘员舱的影响和排气管挡热罩效果等等。本文中综合以上需求,应用整车发动机舱热管理仿真实例,说明在样机制造前实施整车热�494��汽�车�工�程2011年(第33卷)第6期管理仿真的方法,指出了整车热管理仿真中需要解决的课题。为此,文中建立了某轿车整车数值模型;采用等效压力损失模型[4]简化了散热器、冷凝器和中冷器等部件的结构;应用运动网格建立了风扇的数值模型,其热边界条件借助一维软件Boost和Flowmaster对发动机及其冷却系统进行仿真获得。再通过三维仿真对发动机及其冷却系统的一维仿真边界条件等进行修正。如此反复迭代,实现了整车热管理仿真的一维和三维的耦合分析。在此基础上,考虑地面和车轮速度的影响,提出精确模拟发动机舱空气流动和换热特性的方法。1�数学模型、计算条件及网格1�1�基本控制方程流体流动受物理守恒定律的支配,基本的物理守恒定律包括:质量守恒、动量守恒和能量守恒。在流体流动处在湍流状态时,整个体系还...
