论文题目：商用车冷却系统匹配设计与优化
摘要：商用车主要用于运输货物,商用车大多数搭载柴油发动机,柴油发动机输出的扭矩较大,柴油机车辆具有承载质量大、爬坡性能好的优势。冷却系统用于控制发动机的温度,近年来发动机的功率逐渐增大,受降本减重的影响,发动机舱内的空间反而日益趋向紧凑,因此整车对于冷却系统的性能要求越来越高,如果主要的冷却元件匹配不当、机舱内气流流向不合理,冷却系统性能便会不足,严重时散热器出现“开锅”问题。在空间受限的条件下,开发一款高效节能的冷却系统,且气流合理,其设计难度越来越大。因此产品开发前期,应重点关注机舱热管理的研究。本文基于一款全新开发的商用车为研究对象,依据目前的设计经验及理论计算进行冷却系统方案的初步设计。经仿真计算原方案发动机的出水温度超标,因此设立专题项目组进行冷却系统的优化提升。本文主要研究内容如下:（1）冷却系统的设计及模型搭建。初步进行该车型冷却系统关键零部件的匹配选型,介绍发动机与关键冷却元件的台架试验及其试验参数,最后搭建整车及冷却系统的数模。（2）冷却性能仿真分析。首先运用STAR-CCM+三维仿真分析发现机舱内气体流向不合理、冷却模块温度偏高是影响冷却性能不足的主要原因。然后进行KULI一维仿真计算,仿真结果得到最大功率点发动机出水温度为108.9℃,超过设计目标要求105℃;最大扭矩点发动机出水温度为112.9℃,超过设计目标要求108℃,原方案不满足设计目标要求。（3）优化冷却系统方案并仿真分析。对比分析散热器不同芯体厚度、进气格栅不同开口面积、散热器不同防回流挡板、是否增加散热器导流板、冷凝器导流板、不同结构护风罩等整改方案对冷却性能的影响。通过仿真结果发现增加散热器芯体厚度、增大进气格栅开口面积、优化防回流挡板、增加散热器、冷凝器导流板、优化护风罩等优化方法,能够明显提升冷却系统性能。经项目组评审形成最终的优化方案,然后对优化方案进行一维仿真计算,最大功率点发动机出水温度101.2℃,最大扭矩点发动机出水温度100.5℃,优化方案满足设计目标要求。（4）样车试验验证。试制样车进行热平衡试验,优化方案在最大功率点发动机出水温度99.1℃;最大扭矩点发动机的出水温度96.7℃,整车热平衡能力满足设计要求,优化方案效果明显。对比分析优化方案的试验结果与仿真结果,发动机出水温度在最大功率点两者偏差2.1%,最大扭矩点偏差3.9%。样车试验结果与仿真结果偏差＜5%,证实本文采用的仿真分析方法可靠,可用于指导后续车型的开发设计。
关键词：商用车;冷却系统;热管理;仿真分析;热平衡试验
学科专业：机械工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 发动机舱热管理研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容与技术路线
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 冷却系统设计
2.1 车型简介
2.2 冷却系统概述
2.2.1 冷却系统的作用
2.2.2 冷却系统的工作原理
2.3 冷却系统设计
2.3.1 散热器的设计
2.3.2 中冷器的设计
2.3.3 风扇的设计
2.4 本章小结
第3章 冷却系统性能仿真分析
3.1 三维仿真分析目的与思路
3.2 建立模型
3.2.1 简化模型
3.2.2 流体模型
3.3 边界条件
3.4 冷却系统三维仿真分析
3.4.1 散热器和中冷器的仿真分析
3.4.2 进气格栅的仿真分析
3.4.3 散热器周边热回流的仿真分析
3.4.4 冷凝器热风流向的仿真分析
3.4.5 风扇与散热器芯体的距离的仿真分析
3.4.6 护风罩与风扇间隙的仿真分析
3.5 冷却系统三维仿真结果
3.6 冷却系统一维仿真计算
3.6.1 一维模型建立
3.6.2 一维仿真计算结果
3.6.3 一维仿真结果分析
3.7 本章小结
第4章 冷却系统性能优化
4.1 优化方案仿真分析
4.1.1 散热器芯体厚度增加的仿真分析
4.1.2 进气格栅开口面积的仿真分析
4.1.3 散热器防回流挡板的仿真分析
4.1.4 散热器导流板的仿真分析
4.1.5 冷凝器导流板的仿真分析
4.1.6 风扇与散热器芯体的距离的仿真分析
4.1.7 护风罩的仿真分析
4.2 最终优化方案及仿真计算
4.2.1 最终优化方案
4.2.2 优化方案三维仿真分析
4.2.3 优化方案一维仿真计算
4.3 本章小结
第5章 样车试验验证
5.1 试验概述
5.2 试验条件
5.3 试验流程
5.4 试验结果对比分析
5.4.1 方案优化前后试验结果对比分析
5.4.2 试验结果与仿真结果对标
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢