冷却模块密封方式对进风的影响
2018-06-12殷农民陶邦银
殷农民 陶邦银
浙江众泰汽车制造有限公司杭州分公司 浙江省杭州市 310018
1 引言
炎炎夏日，车辆的使用环境变得更加苛刻，许多用户在车辆停车时，需要长怠速开空调。此时冷却模块位置热回流现象非常严重，进而降低散热器、冷凝器、中冷器效率，用户最直观感受就是空调性能的下降。本文从怠速热回流角度，分析冷却模块不同密封位对散热器、冷凝器、中冷器进风量、进气温度的影响，总结了密封冷却模块密封的注意事项，从而指导设计。
2 问题提出
2.1 车辆性能能够问题描述
某车型在进行温度场CFD分析时，怠速时，冷却模块与FEM（前端框架）之间、FEM（前端框架）外部都存在比大的热回流，散热器、冷凝器、中冷器前进风温度偏高。空调系统、冷却系统、中冷系统性能受到影响。
图1 怠速热回流流线图
2.2 车辆基本信息，见表1
表1 车辆基本参数
3 分析
3.1 问题解决方案
FEM（前端框架）外部空间结构复杂，解决热回流成本大、周期长、工艺复杂。为了节省项目开发周期、节约成本，采用密封冷却模块与FEM（前端框架）间隙的方案减小热回流，提升怠速工况时空调系统、冷却系统、中冷系统的性能。此次问题优化共进行了三种方案的对比。
方案一：
（1）冷凝器两侧与散热器之间采用海绵密封。
方案二：
（1）冷凝器两侧与散热器之间采用海绵密封；
（2）冷凝器两侧与FEM之间采用海绵密封；
（3）冷凝器上端与FEM之间采用海绵密封。
方案三：
（1）冷凝器两侧与散热器之间采用海绵密封；
（2）冷凝器两侧与FEM之间采用海绵密封；
（3）冷凝器上端与FEM之间采用海绵密封；
（4）散热器两侧与FEM之间采用海绵密封。
3.2 方案结果
怠速工况下三种密封方案散热器、冷凝器、中冷器前进风量结果见表3，进风温度的结果见表4。
4 结果分析
4.1 进风量
中冷器前进风量
方案一＜方案二＜方案三
冷凝器前进风量
方案一＞方案二＞方案三
表2 密封方案
表3 进风量（kg/s）分析结果
表4 进风温度（℃）分析结果
散热器前进风量
方案一＞方案二＞方案三
原因分析：
（1）散热器及冷凝器的进风阻力随随着密封条的增加而增加，因此进风量逐渐减小；
（2）随着密封条的增加，中冷器后部热回流减小。原先由热回流流经散热器的空气量需要中冷器前位置的空气量补充，因此中冷器前进风量随密封条的增加而增加。
4.2 进风温度
中冷器前进风温度
方案一＞方案二＞方案三
冷凝器前进风温度
方案一＞方案二＜方案三
方案一＞方案三
散热器前进风温度
方案一＞方案二＞方案三
原因分析：
（1）随着FEM和冷却模块之间密封条的增加，中冷器和散热器热回流减小，低温的外部空气量增加，进风的温度出现和预期一样，逐步降低。
（2）随着FEM和冷却模块之间密封效果的加强，冷凝器前空气温度出现了和预期相反的现象，未完全密封的方案二效果优于完全密封的方案三。通过排查发现，方案三中，散热器下部超出冷凝器范围的位置，增加的和FEM之间的密封，导致怠速时整个散热器前的进风分布比较均匀，主要是FEM外部的自然风、FEM外少量的热回流和经过冷凝器和中冷器后的风量。而方案二中，散热器下部超出冷凝器范围的位置，散热器和 FEM之间未进行密封。导致散热器下部风阻小，和冷凝器重叠的上部范围风阻大。怠速时，散热器前的进风量由流经冷凝器的空气、流经中冷器的空气、散热器下部热回流三部分组成。由于方案二中散热器下部的热回流大于方案三，导致方案二中流经冷凝器的FEM外部热回流减少。方案二中冷凝器前进风由外部自然冷空气组成，因此方案二的密封方式最有利于空调性能的提升。
考虑到车辆怠速时，负荷小，对散热器性能要求低。发动机怠速转速低于增压器介入转速，因此对中冷器性能要求低。然而随着发动机转速的降低，空调性能也随之下降，但是夏季怠速时要求有较好的空调性能来满足客户的需求。综合空调系统、冷却系统、中冷系统在怠速工况的性能需求，本车型最终选取方案二的密封优化方式。
5 结语
在工程设计中，不能盲目进行密封、阻隔解决机舱热回流现象，应综合考虑冷却系统、中冷系统、空调系统的性能，进行效果分析，兼顾成本控制、生产工艺现状，选择适当的密封位置及方式。
