发动机舱布局对气热流场的影响研究

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1、发动机舱布局对气热流场的影响研究　　摘要：随着当今汽车工业的不断进步，汽车前舱的散热效果成为影响汽车油耗的重要因素之一，本文从实验角度出发，研究汽车前舱各个主要部分布局不同对汽车气热流场的影响。通过汽车前舱主要部件的正交位置不同来得出结论。　　关键词：前舱布局；气热流场；测量；节能　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.187　　0前言　　随着我国的工业化的快速推进，国家对环境保护的重视程度日益提高。国家工业和信息化部也出台了《乘用车燃料消耗量限值》及《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》

2、来进一步加严乘用车燃料消耗限值，从2017年1月开始执行。所以车辆燃油经济性的进一步提高显得迫在眉睫。此次研究对汽车前舱建立气流场及热流场，通过改变前舱各组件的相对位置进行试验，进一步通过改进汽车前舱内部结构布局从而提高车辆的散热效能。　　1硬件部分　　运用SolidWorks完成三维模型的建立，并利用3D打印技术打印出等比例缩小的实物，完成物理模型的建立，制作汽车前舱模型，与汽车模型大致比例为1：5，模型前端开口模拟进风口，采用导轨移动散热器及发动机位置，达到模拟位置变化的目的，采用单片机控制风扇转速从而调节进风量。　　1

3、.1小比例3D打印模型　　本实验研究将实际汽车模型作为建模蓝本，借助SolidWorks搭建了发动机前舱模型。发动机前舱内的主要包含了散热器、冷却风扇以及冷却水管等部件。汽车前舱格栅后相邻的便是散热器和冷却风扇，此区域也是发动机前舱完成热交换的核心区域，热交换未处理的热量还可以通过左右两侧继续处理，但是通过左右两侧继续处理的热量对实验结果影响不大，在本实验中便忽略不计。　　1.2实验模型　　考虑到真实汽车前舱模型过于复杂，出于研究成本方面的考虑，所以最终将模型简化，采用铝合金板制作汽车前舱模型，与汽车模型大致比例为1：5，模

4、型前端开口模拟进风口，采用导轨移动散热器及发动机位置，达到模拟位置变化的目的。　　1.3?L速控制模块　　由于需要控制风速来模拟实际不同速度下的工况，设计采用220VAC转24VDC模块、PWM直流电机调速器、RS775直流电机，将220V交流转化为24V直流输出，再由PWM直流电机调速器来对RS775直流电机的转速进行控制，从而组成风速控制模块。　　1.4三组件调节部分　　三组件的相对位置以及在前舱中的绝对位置都会影响模型的散热效率，采用轴承式可调节固定座对三组件做非连续性调节，通过导轨正交分布，将散热器与发动机模型置于两

5、滑轨之上，通过改变滑轨位置达到改变其相对位置的目的，从而可以控制单一变量达到研究散热器的位置或者是发动机位置的目的。。　　1.5测量电路　　实验需要对前舱模型内的组件取点测温，以及对舱内的风速进行测量。其中温度传感器采用DS18B20，其优点是体积小，抗干扰能力强，应用简单，只需要一条口线就可以实现通信、供电等功能。实验中风速的测量包含两个部分：一、前舱模型的进风风速测量；二、散热器的进风风速测量，依次来推算出经过前舱模型的进风量以及经过散热器的进风量。实验中在散热器的上部、下部、前部等三个部位分别安装一个风速传感器，实验中

6、尽可能的选用小体积的传感器来减小体积会对气流造成的影响，进而减小实验的系统误差。　　2软件部分　　软件部分分为数据采集和风速控制两部分。需要对温度传感器、风速传感器的测量数据进行采集，同时需要满足对电机转速可调从而实现风速可调。采集系统的编写是在LabVIEW软件平台上完成。LabVIEW采用图形化编辑语言G语言编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW软件的函数库包括数据采集，GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。　　2.1风速调节　　舱内风扇转速及风速都属于需要控制的实验变量，而这两个变量实际均由电

7、机的转速决定，故运用单片机并采用C语言编写程序对电机转速进行控制，完成控制系统搭建。采用PWM技术，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中，其利用单片机的数字输出来对模拟电路进行控制的一种有效的技术，其实就是使用数字量输出达到一个模拟量输出的效果。　　2.2数据采集　　基于LabVIEW的虚拟仪器数据采集系统方案。LabVIEW是美国国家仪器公司（NI）研发的图形化开发环境，具有很高的灵活性和可拓展性，并且依靠计算机强大的分析计算能力以及灵活的数据处理功能，大大的降低了

8、实验的人力物力等资源的消耗。　　3结果分析　　在1：5的前舱模型中，相对于冷凝器、散热器和风扇原始的内部布局，前舱的散热效率与散热元器件及热源两者间的相对距离大致呈正态分布，通过优化前舱结构布局，从海量的实验数据中找寻到最优的一组参数，最优化的布局可实现综合工况散热效率提升19.1%，效果