日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

【Thermal】電動(dòng)汽車機(jī)艙散熱問題CFD仿真分析優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證

2020-08-25 23:07:21·  來源：汽車CFD技術(shù)之家  
　
摘 要：某電動(dòng)汽車樣車在空調(diào)降溫試驗(yàn)中，駕駛員和副駕駛的頭部平均溫度沒有達(dá)到降溫預(yù)定值，制冷能力不足。為提高空調(diào)制冷能力，本文采用CFD仿真分析的方法，研
摘 要：某電動(dòng)汽車樣車在空調(diào)降溫試驗(yàn)中，駕駛員和副駕駛的頭部平均溫度沒有達(dá)到降溫預(yù)定值，制冷能力不足。為提高空調(diào)制冷能力，本文采用CFD仿真分析的方法，研究了前機(jī)艙的流場，分析了格柵和空調(diào)冷凝器的通風(fēng)量。通過配置冷凝器導(dǎo)流罩和調(diào)整格柵開口，增加了格柵新風(fēng)的進(jìn)氣量，減少了高溫氣體的回流冷凝器，從而增加了冷凝器的散熱能力。在最終的試驗(yàn)中，頭部平均溫度整改后比整改前降低了5℃，降溫效果明顯改善，達(dá)到并超過了預(yù)定值。這種通過機(jī)艙流場優(yōu)化提高散熱能力的方法和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其它電動(dòng)汽車機(jī)艙散熱能力的開發(fā)具有借鑒意義。
 
電動(dòng)汽車近年來快速興起，并且有逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車的趨勢。研究電動(dòng)汽車機(jī)艙的散熱特點(diǎn)具有重要意義。由于電動(dòng)汽車沒有內(nèi)燃機(jī)，它的機(jī)艙內(nèi)就沒有了溫度達(dá)到600℃而帶來強(qiáng)輻射的排氣管路，也沒有需要大量散熱的內(nèi)燃機(jī)水套。電動(dòng)汽車前機(jī)艙相對(duì)于燃油車僅需較小的前格柵開口來引進(jìn)新風(fēng)進(jìn)行散熱?，F(xiàn)階段電動(dòng)汽車用來冷卻電機(jī)水套與電池的散熱器和風(fēng)扇大多是沿用燃油車的，往往散熱能力有相當(dāng)盈余。電動(dòng)汽車機(jī)艙內(nèi)的空調(diào)冷凝器的散熱問題變得凸顯出來。
 
目前分析電動(dòng)汽車機(jī)艙散熱問題有兩種方式：環(huán)境艙試驗(yàn)和CFD仿真。環(huán)境艙試驗(yàn)包括整車熱平衡試驗(yàn)和整車降溫試驗(yàn)。由于現(xiàn)階段機(jī)艙內(nèi)散熱器能力的盈余，電動(dòng)汽車熱平衡試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題往往是電機(jī)、IGBT和電池的零部件內(nèi)局部過熱。機(jī)艙內(nèi)冷凝器是否有足夠的散熱能力就會(huì)在電動(dòng)汽車降溫試驗(yàn)中體現(xiàn)出來。試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是可信度高，能夠?yàn)檠邪l(fā)提供直接的整改依據(jù)；缺點(diǎn)是成本高、周期長，不能夠在設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。CFD仿真的優(yōu)點(diǎn)是成本低、周期短，能夠在研發(fā)早期發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題，縮短整車開發(fā)周期。然而要想完全模擬電動(dòng)汽車降溫試驗(yàn)，需要三維機(jī)艙熱流場、整車一維能量流、空調(diào)箱和乘客艙的三維熱流場共同的瞬態(tài)耦合計(jì)算，目前國內(nèi)幾乎難以完整開展。通過模擬機(jī)艙內(nèi)穩(wěn)態(tài)的流場來獲得關(guān)鍵信息是當(dāng)前可行的技術(shù)路線。目前大部分國內(nèi)車企采用仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方式來解決機(jī)艙散熱問題。
 
本文針對(duì)某電動(dòng)汽車降溫試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，以車速40km/h行駛10分鐘后，駕駛員和副駕駛頭部平均溫度從60℃降到了33℃，沒有降到目標(biāo)值30℃。為提升空調(diào)系統(tǒng)在車輛行駛時(shí)的換熱能力，本文采用CFD 仿真方法分析了機(jī)艙的恒溫流場，從仿真結(jié)果判斷出試驗(yàn)中回流冷凝器的高溫氣體偏多，降低了制冷能力，之后通過增加冷凝器導(dǎo)流罩和調(diào)整格柵開口，增加了新風(fēng)的流入，提高冷凝器的換熱能力。最終在驗(yàn)證試驗(yàn)中，以車速40km/h行駛10分鐘后，頭部平均溫度從60℃降到了28℃，顯著地提升空調(diào)對(duì)乘員艙的降溫能力。

1 CFD 計(jì)算模型
1.1 仿真計(jì)算基本理論
1.1.1 控制方程
 
本文采用三維常密度的不可壓縮恒溫湍流來模擬機(jī)艙流場，它遵循Navier-Stokes方程組的質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒規(guī)律：
 
1.1.2 湍流計(jì)算方法
求解N-S方程的湍流問題時(shí)，可以采用雷諾時(shí)均（ReynoldsTime Average），大渦模擬（LargeEddysimulation），格子波爾茲曼方法（LatticeBoltzmann Method）以及直接數(shù)值模擬（Direct
Numerical Simulation）等方法。
雷諾時(shí)均根據(jù)確定粘度的方法，分為零方程模型，一方程模型和兩方程模型，兩方程模型還分為k-e模型和k-o模型。本文采用兩方程模型中Realizable的k-e湍流模式模擬機(jī)艙流場。
1.2 網(wǎng)格處理
建立包括前機(jī)艙內(nèi)所有部件的整車模型。整車面網(wǎng)格量約為700萬，采用三角形網(wǎng)格單元?jiǎng)澐?，最小網(wǎng)格尺寸控制在1mm。整個(gè)長方體計(jì)算流場域的尺寸為：12倍的車身長、8倍的車身寬，5倍的車身高。體網(wǎng)格量為3000萬，采用trim網(wǎng)格。前機(jī)艙中前格柵、冷卻模塊和風(fēng)扇進(jìn)行加密，加密區(qū)網(wǎng)格1mm，以達(dá)到局部網(wǎng)格細(xì)化來提高計(jì)算精度的目的。
 
1.3 邊界條件
整車空調(diào)降溫的試驗(yàn)條件為車速風(fēng)速40km/h，環(huán)境空氣溫度38℃，光照1000W/m2，內(nèi)循環(huán)，吹面模式，最大風(fēng)量，最大制冷。試驗(yàn)正式開始前需熱浸置車輛，使得前排頭部平均溫度達(dá)到60℃。
對(duì)應(yīng)地，仿真分析中冷凝器和散熱器采用多孔介質(zhì)模型；風(fēng)扇用MRF模型；車輪旋轉(zhuǎn)；冷卻風(fēng)扇為雙風(fēng)扇，主駕側(cè)轉(zhuǎn)速2850rpm，副駕側(cè)轉(zhuǎn)速2350rpm；模擬工況為車速40km/h和0km/h，計(jì)算域進(jìn)口為速度邊界條件，出口為壓力邊界條件。計(jì)算0km/h工況使為了方便評(píng)估車輛40km/h
時(shí)通過冷凝器且來自前格柵的新風(fēng)量。
2 研究的情形
本文仿真分析了6種情形，分別是基礎(chǔ)狀態(tài)、增加格柵開口、理想導(dǎo)流罩、新造型前保、有上橫板的工程導(dǎo)流罩、最終狀態(tài)。試驗(yàn)方面對(duì)基礎(chǔ)狀態(tài)和最終狀態(tài)進(jìn)行了整車降溫試驗(yàn)。
2.1 基礎(chǔ)狀態(tài)
基礎(chǔ)狀態(tài)的格柵開口分為兩部分，上部一個(gè)大開口，下部三個(gè)小口。
2.2 增加格柵開口
將基礎(chǔ)狀態(tài)的格柵開口上部分向外多開一圈，同時(shí)增加下部分的3 個(gè)通風(fēng)口的面積。
 
2.3 理想導(dǎo)流罩
在情形二的基礎(chǔ)上在冷凝器前方增加了一個(gè)四面全包裹式的導(dǎo)流罩，導(dǎo)流罩從格柵引風(fēng)，最后擴(kuò)張至整個(gè)冷凝器表面。
 
2.4 新造型前保
在基礎(chǔ)狀態(tài)的情形上，更換了新前保造型，格柵開口為一個(gè)整體大開口，開口的面積明顯比基礎(chǔ)狀態(tài)大。同時(shí)，優(yōu)化調(diào)整了散熱器下方的橫梁結(jié)構(gòu)形式，封堵了原來它們之間的縫隙。
 
2.5 有上橫板的工程導(dǎo)流罩
在情形四的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了工程化的導(dǎo)流罩，主要引導(dǎo)冷凝器兩側(cè)氣流，導(dǎo)流罩的下部有強(qiáng)化聚風(fēng)的作用，上部附加上橫板，能夠聚攏上部氣流。
2.6 最終方案
在情形五的基礎(chǔ)上，由于裝配工藝的問題，取消了導(dǎo)流罩上部的橫版，此狀態(tài)為最終方案。
 
3 結(jié)果與討論
3.1 基礎(chǔ)狀態(tài)
樣車試驗(yàn)時(shí)車速40km/h行駛10分鐘后，駕駛員和副駕駛頭部平均溫度從60℃降到了33℃，沒有降到目標(biāo)值30℃，頭部平均溫度從60℃降到了30℃所需時(shí)間為19分鐘。仿真分析結(jié)果顯示，車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)0.351kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.390kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.120kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.359kg/s。由于40km/h車速下，冷凝器的回流占比統(tǒng)計(jì)困難，因而通過用怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)占冷凝器的進(jìn)風(fēng)比例間接反映出來。怠速時(shí)新風(fēng)過少，說明冷凝器高溫回流較多，進(jìn)而說明40km/h時(shí)，回流冷凝器的高溫氣體也偏多，影響了冷凝器的制冷能力。
 
3.2 增加格柵開口
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.549kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.401kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.176kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.361kg/s。雖然40km/h時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)量比冷凝器進(jìn)風(fēng)量高，但不能說明通過冷凝器的風(fēng)全部來自格柵，仍有相當(dāng)?shù)幕亓髁?。兩車速下冷凝器進(jìn)風(fēng)相對(duì)于基礎(chǔ)狀態(tài)變化不大，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)變化明顯，增加了約47%。
 
3.3 理想導(dǎo)流罩
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.475kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.427kg/s, 車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.282kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.334kg/s。車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)比情形二減小約14%，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)比情形二增加約60%。說明能夠流入冷凝器的新風(fēng)得到進(jìn)一步增加。
 
3.4 新造型前保
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.941kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.388kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.197kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.359kg/s。車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)比基礎(chǔ)狀態(tài)增加約170%，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)比基礎(chǔ)狀態(tài)增加約64%。說明能夠流入冷凝器的新風(fēng)明顯增加。
 
3.5 有上橫板的工程導(dǎo)流罩
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.839kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.412kg/s，車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.226kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.353kg/s。車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)比情形四降低約11%，冷凝器通風(fēng)量增加6%，怠速時(shí)格柵進(jìn)風(fēng)比情形四增加約15%，冷凝器的通風(fēng)量變化很小，流入冷凝器的新風(fēng)進(jìn)一步增加，冷凝器制冷能力比情形四時(shí)要高。
 
 
3.6 最終方案
此狀態(tài)車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.842kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.399kg/s, 車速0km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)0.204kg/s，冷凝器進(jìn)風(fēng)0.357kg/s。相對(duì)于情形四，車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)降低約11%，冷凝器的通風(fēng)量降低約3%，怠速時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)增加3%，冷凝器的通風(fēng)量變化很小。說明流入冷凝器的新風(fēng)相對(duì)于情形四得到增加，冷凝器制冷能力比情形四時(shí)要高。相對(duì)于基礎(chǔ)狀態(tài)，車速40km/h時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)增加約140%，冷凝器的通風(fēng)量增加約2%，怠速時(shí)，格柵進(jìn)風(fēng)增加70%，冷凝器的通風(fēng)量略微減小。
 
用最終方案的樣車進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，車速40km/h行駛10分鐘后，駕駛員和副駕駛頭部平均溫度從60℃降到了28℃，達(dá)到了降溫目標(biāo)值30℃，頭部平均溫度從60℃降到30℃所需時(shí)間縮短到了小于10分鐘，顯著提升了空調(diào)制冷能力。
 
從本電動(dòng)汽車的最終狀態(tài)和基礎(chǔ)狀態(tài)的對(duì)比中看出，見表1和表2，在車輛低速的40km/h或0km/h時(shí)，冷凝器的通風(fēng)量變化小于2%，格柵的通風(fēng)量增長了70%-140%，由于格柵新風(fēng)大幅增長帶來了車輛空調(diào)制冷能力的顯著提高。說明整車研發(fā)過程中電動(dòng)汽車空調(diào)制冷能力不足時(shí)不一定非要實(shí)施加大冷凝器、加大冷卻風(fēng)扇或者更換高功率壓縮機(jī)，增大格柵的通風(fēng)量也是一個(gè)有效
的辦法。
4 結(jié)論
通過對(duì)電動(dòng)汽車機(jī)艙流場的仿真分析，增大格柵開口和配置冷凝器前部導(dǎo)流罩能夠顯著增加車輛低速行駛時(shí)的格柵新風(fēng)進(jìn)氣量，即使通過冷凝器的風(fēng)量變化不明顯，仍能有效地提高冷凝器等冷卻模塊的散熱效率，提高空調(diào)降溫能力。
作者：李喆隆 1, 李濤 1，李現(xiàn)今1
1. 北京新能源汽車股份有限公司
 
 
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25