輕型卡車發動機艙熱管理優化分析

陳玉鴻

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

發動機熱管理是從系統集成和整體角度，統籌熱管理系統與熱管理對象、整機的關系，采用綜合控制和系統管理的方法，將各個系統或部件如冷卻系統、潤滑系統、空調系統及后處理系統等集成一個有效的熱管理系統，控制和優化工程機械的熱量傳遞過程，保證各關鍵部件和系統安全高效運行，完善地管理并合理利用熱能，降低廢熱排放，提高能源利用效率，減少環境污染。

通過三維流體分析軟件star-ccm+，對某型輕型卡車的發動機艙進行流場和溫度場的分析，評價進入冷卻系統的空氣流量，以及發動機艙的溫度分布，去除熱害隱患。

1 三維熱管理分析

1.1 三維模型搭建

首先建立整車三維數模，建立熱管理的三維計算模型，模型包含了除駕駛艙內飾外的所有部件，為了捕捉到細微的流動結構，對格柵等部件進行了特殊處理，如圖1。

圖1 三維計算模型

在整車模型的基礎上，建立流體計算空間，并劃分流體網格，如圖2。

圖2 三維網格

1.2 計算結果分析

1.2.1 流場分析

截取車身不同位置的截面，分析發動機艙內部的流場，如圖3。

由計算結果得到從格柵進入的風在中冷器處受到阻力，導致氣體上下分流，沒有很好的通過中冷器，風扇護罩的布置不太合理，導致風扇上半部分的高風速沒有對散熱器起到散熱作用，風扇的效率較低，另外，中冷器以及散熱器的布置不合理，中冷器的位置偏下，風扇的強制對流作用沒有很好的作用到中冷器。

在車速 50km/h的工況下，通過中冷器的空氣流量為0.442kg/h，通過散熱器的空氣流量為1.052kg/h。

1.2.2 溫度場分析

通過施加溫度邊界，計算發動機艙內部的溫度場，如圖4，可以分析機艙內部是否有回流現象，以及局部熱害點。

通過溫度場分析得到流線圖以及溫度云圖，獲得了發動機艙的溫度分布情況。中冷器以及散熱器作為熱交換器設置，外界冷空氣進入中冷器和散熱器之后被逐步加熱，在散熱器前有熱回流產生，導致散熱器排風的部分溫度較高，影響散熱效率，需要增加改進措施。

圖4 溫度場分析

1.2.3 中冷器上移優化方案

將中冷器上移160mm，并在中冷器下側增加導流板以增加通過中冷器的進氣流量，如圖5。

圖5 中冷器上移

在移動了中冷器并增加了導流板后，中冷器的進氣風量有所增加，如表 1，但是由于中冷器阻擋了散熱器的進氣，導致散熱器的進氣流量有所降低，如圖 6，可以通過下移風扇的位置并修改風扇護罩以及修改格柵方案提高通過中冷器以及散熱器的風量。

表1 進風量對比

圖6 中冷器上移方案對比

1.2.4 增加導流板優化方案

根據之前的分析結果，給出兩種不同的導流板如圖 7，計算在這兩種不同導流板作用下，發動機艙內部的流場情況。

圖7 兩種不同導流板

新增的導流板1由于遮擋了部分從機艙底部進入到冷卻模塊的氣流，導致進風量反而有所下降，導流板2直接連接到進氣格柵位置，對進入格柵的氣流有一定的導向作用，但是效果并不明顯，如圖 8，建議將側面也增加導流板，形成從進氣格柵到冷卻模塊之間的一個流動通道，提高進風量。

圖8 截面流場圖

由流線圖可以看出，如圖 9，原始方案在底部有一部分氣流會流入發動機艙內通過換熱模塊，導流板1遮擋了這部分氣流，但導流板2在通過進氣格柵后氣流速度有所提高，一定程度上增加了進氣量。

圖9 流線圖

1.2.5 發動機上導流板優化方案

圖10 發動機上導流板

在散熱器上方增加導流板方案，減少風扇排風重新進入到散熱器的熱回流，如圖10。

新增的導流板可以有效的隔絕風扇排風以及發動機艙內的熱回流重新進入到散熱器，有效的排除了熱回流的問題，如圖11、12，這樣的優化設計提高了冷卻系統的工作效率。

圖11 截面溫度場對比

圖12 流線圖對比

2 總結

從三維分析中可以得到詳細的發動機艙內部流場和溫度場的分布情況，為三維機艙優化提供參數。該型輕型卡車從三維流場分析入手，計算了機艙流場、溫度場，進行了多次優化，最后找到一條切實可行，并且效果相對較好的優化方案。

參考文獻

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