某轻型客车热适应性问题分析

马骁宇，张伟



某轻型客车热适应性问题分析

马骁宇，张伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用三维分析软件，对某轻型客车发动机舱冷流场进行仿真模拟分析，获取流场状态，提出整改意见及措施，并制定优化方案，提升整车热平衡性能。经过实际环境模拟测试，结果表明性能提升较显著，达到预期效果。

热平衡；冷却系统；散热性能；流场分析

1 问题来源

某轻型客车开发过程中，在进行实际环境模拟测试中，出现个别工况发动机水温过高现象，不满足使用要求，如不加以适当的冷却，会使内燃机过热，燃烧不正常，机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。

2 冷却系统流场分析

2.1 冷却系统工作环境

目前国内载货柴油机车型冷却系统的工作环境大多如图1所示。发动机散发的热量经过循环冷却水送至散热器总成，并与大气进行热交换。冷风从驾驶室前格栅（流经冷凝器、中冷器，图略）到达散热器芯子，热风从散热器芯子流出，从发动机四周散开。

图1 冷却系统工作环境

2.2 流场对冷却性能的影响

2.2.1分析模型建立

可以看到，舱内的布置是比较紧凑，机舱的空间占有率较高，对于整个机舱的流场有较大影响，前格栅的开孔面积较小，迎风系数仅为12.7%，对于热平衡有较大的影响。

分析模型采用Trimmed体网格模型，共生成体网格数量为560万。

图2 建立模型图示

表1 边界分析

（注：阻尼系数是根据各换热器的风阻试验数据计算得到的。）

2.2.2分析结果

2.2.2.1 空气流量数据

图3 风扇试验结果

表2 风扇试验与计算结果对比

表3 冷却模块各部件流量计算值

图4 各部件流向

2.2.2.2 舱内流场整体情况

通过软件分析各断面流场如下所示（整车坐标系）：

图5 Y=0断面速度云图

从分析结果来看，发动机顶部和底部还是存在流通路径的，但由于发动机与防火墙之间空间较小，所以在顶部图示A区域存在较为严重的回流。

由于机舱布局的局限性，导致舱内热风在防火墙与变速箱前端面处，形成较大的纵向突变面，且间隙较小，导致机舱上部流场被切断，使得局部压力增大，导致热风无法顺畅通过，不能顺着车身底板流向整车后部，只能流向压力较小的前部，从而导致热风在舱内循环，致使舱内温度升高，对于整车冷却性能产生较为严重的影响，同时，给舱内部件的耐高温、老化性能，提出了更高的要求。

图6 Y=200断面速度云图

从Y=200断面可以看出以下三个流场问题：

（a）散热器总成与散热器上安装横梁之间存在较为严重的漏风情况，致使部分冷风不经过散热器，直接流向机舱内部，减少了散热器热交换带走的热量，冷却性能变差；

（b）风扇的后方为发电机、空调压缩机等轮系所在位置，由于轮系阻挡了空气向发舱后方流动，所以此处产生一个高速流动的涡流，使得风扇后热风流动不畅；

（c）发动机右侧的气流向发舱前部流动，形成一个大范围的回流。第一横梁后方图示B区域一个高速流动的涡流。

图7 X=-260断面速度云图

解决措施：

（a）通过调整风扇位置，使气流从轮系的下方流向发舱后方；

（b）在图示B区域设置一个导流板，使气流从轮系下方流向发舱后方。

从上图可以看出，发动机左右两侧的速度分布有明显差异，这是由风扇的安装位置引起的，分析显示发动机右侧流动相对比较顺畅，且有比较高的流速，如右图所示。导致此问题的产生是由于发动机风扇位置布局不佳，风扇右后侧相对空间较大，阻挡较小，具有较好的流体流动的空间及路线；然而风扇左后方布置有发电机、空调压缩机，且发动机前端面几乎全部遮挡左半边风扇的扇叶，致使气流受阻，流动不畅，产生回流现象。

图8 中冷器速度云图

通过中冷器速度云图可以看到：

（a）中冷器只有下半部分与格栅相对，而且下进气格栅的四个通道中，下面两个通道C区域没有起到良好的作用，C区域对着第一横梁，流经中冷器的冷风较少，从而降低了中冷器的冷却效率；

（b）中冷器上半部分内部速度明显低于其它部位，降低了中冷器的冷却效果；

（c）中冷器内部流速比冷凝器和散热器都要小；

（d）中冷器与第一横梁之间图示D区域存在漏风现象，进一步降低了通过中冷器的冷风流量。

解决措施：

（a）将下进气格栅上移或优化格栅断面形状，将四道风口覆盖中冷器前端面，最大限度的使冷风流经中冷器芯体，提高中冷器效率；

（b）将中冷器周围尽量密封，减少漏气。

图9 冷凝器、散热器速度云图

通过图9的分析可以得到：

（a）散热器和冷凝器上方图示E区域有明显的漏风；

（b）从下进气格栅进入的气流一部分绕过中冷器，进入冷凝器和散热器，图示F区域。

解决措施：

（a）将散热器上部和下部尽量密封，减少漏风；

（b）优化上进气格栅造型，增加通风面积，提高迎风系数（我们的车型当中，网状格栅的边设计的比较粗，网格较小，使有效的通风面积较小，前格栅的迎风系数仅为12.7%，远远低于乘用车30%的设计要求）。

2.2.2.3 分析结果

（a）发动机右侧存在较为明显，且范围较大的回流现象，对机舱散热存在较为严重的影响；

（b）发动机左右两侧的速度分布有明显差异，左侧流速明显较低；

（c）中冷器内部流动速度偏低，且分布不均，降低了其冷却效果，使进气温度偏高；

（d）冷凝器和散热器周围存在漏风和回流情况，影响了冷却效果；

（e）机舱布局较凌乱，过于密集，致使舱内热空气没有有效地通道疏导。

2.2.3试验结果对比

表4 热平衡试验数据对比

注：优化措施：增大前格栅孔面积，迎风系数提高到20%左右；增加热风回流护板，防止散热器四周漏风；局部部件管路走向变更，优化空间结构。

3 结论

（1）防热风回流装置可以阻止发动机仓经过热交换的热风回流至散热器前再次参与换热。不言而喻，对于热风回流较明显的冷却系统，该装置能有效地降低液气温差；

（2）前隔栅开口面积对冷却系统冷风的流通有很大影响，为了获得最佳的冷却效果，应在不影响其他性能的前提下，尽量增大该面积；

（3）若保险杠的形状符合空气动力学原理，也有利于冷却风的流通；

（4）零部件、机舱布局及内造型对于舱内流场具有较大的影响。

文章通过对整车冷却系统软件流场分析，对其进行校核和优化，结合实际整车状态进行实车热平衡试验验证，对于冷却性能的提升具有较高的指导价值。

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Analysis on thermal adaptability of passenger cars

Ma Xiaoyu, Zhang Wei

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, the cold flow field of engine cabin of a light passenger car is simulated and analyzed by using three-dimensional analysis software, and the flow field state is obtained, and some suggestions and measures are put forward to improve the heat balance performance of the whole vehicle. The simulation results show that the performance is improved significantly and the expected effect is achieved.

Thermal balance;Cooling system;Cooling capability;Analysis of flow field

B

1671-7988(2018)24-83-03

U271

B

1671-7988(2018)24-83-03

U271

马骁宇（1985-）男，工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.028