某SUV前端模塊布置選型分析與研究

陳帆

摘 要：某SUV在熱平衡試驗中，中冷散熱器出氣溫度超標。經排查，現有前端模塊布置型式為“三明治”結構，即冷凝器—中冷散熱器—散熱器。由于中冷散熱器布置在冷凝器后，受冷凝器出風溫度高的影響，中冷出氣溫度難以保證。優化方案通過調整前端模塊布置型式，然后使用一維和三維軟件聯合仿真，驗證優化方案可使中冷出氣溫度降低。

關鍵詞：前端模塊;中冷散熱器;出氣溫度高;聯合仿真

Abstract： In the heat balance test of an SUV， the outlet temperature of intercooler radiator exceeded the standard. According to the investigation， layout form of the existing FEM is "sandwich" structure，that means condenser-intercooler radiator- radiator. Since the intercooler is arranged behind the condenser， it is difficult to guarantee the air temperature of intercooler due to the high temperature of the condenser. By adjusting the layout of FEM， and then using the joint simulation of 1d and 3d software， the optimization scheme is verified to reduce the temperature of the outlet gas.

引言

熱平衡性能作為整車性能開發的一項關鍵指標，對整車動力性、經濟性能否達標起重要作用。影響熱平衡性能的主要因素有散熱器和風扇性能、進風面積、前端模塊的布置。本文利用flowmaster和star-ccm+聯合仿真，分析并優化某車前端模塊的布置，最終解決熱平衡性能不足的問題。

1 現有方案介紹

本文中SUV前端模塊布置，目前采用“三明治”結構，即從進氣格柵開始，按冷凝器-中冷散熱器-散熱器-風扇順序排列，四者Z向高度基本一致。“三明治結構”如圖1示。

在某次熱平衡試驗中，采集到的中冷散熱器出氣溫度高，超出設計目標值，需做優化調整。試驗結果如表1示。

2 優化方案說明

針對該SUV中冷出氣溫度超標問題，通過排查中冷散熱器性能、風扇性能和前端模塊布置，最終選擇優化前端模塊的布置型式。優化后前端模塊布置如圖2示。

優化方案將中冷散熱器布置在冷凝器下端（簡稱上下式），一方面避免了冷凝器后出風溫度高的影響，另一方面中冷器可以直接吹到環境風，有利于降低出氣溫度。

3 優化方案驗證

3.1 CFD模型建立

將優化方案進行三維建模，然后導入star-ccm+建立CFD仿真模型，計算熱平衡工況下的進風量。CFD仿真模型如圖3示。

3.2 CFD計算結果

通過star-ccm+計算出不同車速下的中冷散熱器進風量，如表2示。

從表中可以看出，隨著車速增加，中冷散熱器進風量在增加，且風扇開啟后進風量隨之增大。

3.3 一維模型建立

通過在flowmaster搭建前端模塊的一維仿真模型，將CFD模型計算出的風量導入一維模型，分別計算穩態工況和瞬態工況下中冷器出氣溫度，并同時對比了優化前試驗值和仿真值，驗證了模型的精度。一維仿真模型如圖4示。

3.4 一維仿真結果

表3為一維穩態（即熱平衡工況）仿真結果。首先，從優化前結果可以看出搭建的一維模型精度較高，試驗值與仿真值基本一樣。其次，優化方案的出氣溫度大幅減小，證明優化方案是有效的。

但隨著車速增加，優化后出氣溫度降幅較大，溫度明顯低于優化前的出氣溫度。

4 結論

本文通過優化前端模塊布置型式，用于解決某SUV熱平衡性能不達標的問題。主要調整了中冷散熱器的位置，將原先布置在冷凝器后方的中冷器，調整布置到冷凝器下方。仿真結果表明：

（1）穩態工況：優化方案的中冷散熱器出氣溫度明顯低于優化前的出氣溫度。

（2）瞬態工況：優化方案的中冷散熱器出氣溫度隨著車速增加，明顯小于優化前的出氣溫度。

通過本文得出的解決整車熱平衡問題的方法，對同類型整車熱平衡性能開發具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] flowmaster軟件參考文檔.

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