基于多孔介质模型中冷器内阻cfd研究

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1、基于多孔介质模型中冷器内阻CFD研究一、前言本文利用商业CFD分析软件ANSYSFluent对某汽车中冷器的内流场进行CFD模拟分析，利用ANSYSFluent软件的多孔介质模型模拟中冷器芯体扰流片的阻力特性，在保证计算精度的同时，极大限度地降低了中冷器内阻CFD分析模型的规模。在产品设计初期，通过对中冷器的内流场进行CFD分析，能有效了解中冷器内部的速度分布情况、压力分布情况以及中冷器内部各冷却管间的流量分配情况，可以得到中冷器内部阻力特性并初步了解中冷器的换热能力。并将中冷器内阻CFD分析结果与样件

2、试验结果进行对比分析，验证CFD分析的可靠性。二、中冷器扰流片阻力特性CFD分析某汽车中冷器三维几何模型如图1所示，中冷器散热管与扰流片几何模型如图2所示。中冷器扰流片阻力特性CFD分析采用简化的二维模型进行，CFD分析前处理采用ANSYSICEMCFD软件，求解及结果的后处理使用ANSYSFluent软件。扰流片内部流体介质为116°C的空气，材料参数设置如图3所示；空气在散热管与扰流片内流动考虑为不可压缩的粘性湍流流动；采用标准的k-e湍流模型和标准的壁面方程，设置如图4所示；计算采用速度进口与压力

3、出口边界条件，进口流速分别取2m/s、5m/s、10m/s、20m/s、40m/s和60m/s，出口压力为OPa。扰流片二维简化CFD模型如图5所示，扰流片压力分布情况如6所示。扰流片阻力特性如图7所示。根据公式和，计算中冷器芯体多孔介质的粘性阻力与惯性阻力，由扰流片阻力特性曲线拟合的多项式得到=0.2387，=0.0985。通过计算粘性阻力为216981N，惯性阻力为4.43N。三、中冷器内阻CFD分析中冷器内阻CFD分析前处理采用ANSYSICEMCFD软件与HyperMesh软件，求解及结果的后处

4、理使用ANSYSFluent软件。计算模型的三维几何模型由CATIA软件生成，通过ParaSoild格式导入ANSYSICEMCFD软件，通过stp格式导入HyperMesh软件。1.计算模型与网格划分由中冷器三维模型通过CATIA软件进行布尔运算，提取中冷器内部流体区域。运用ANSYSICEMCFD软件对中冷器进、排气室进行网格划分，由于模型结构比较复杂，全部采用非结构化的四面体网格；运用HyperMesh软件对中冷器芯体进行网格划分，由于模型结构比较规则，采用六面体网格划分，并对管道壁面边界层网格进

5、行加密；运用Tgrid软件，将进、排气室网格与芯体网格进行合并。为了保证计算的精度，管道截面厚度方向布置12个网格；同时为了获得更好的求解收敛性，将入口和出口均进行适当延长，延长的距离大约为8倍的直径。整个中冷器计算模型的网格数在120万左右，网格模型如图8所示。1.物理模型与边界条件设置中冷器内流动CFD分析过程中认为空气在中冷器内部的流动是稳态、绝热且可压缩的粘性湍流流动，采用标准的k-e湍流模型和标准的壁面方程，中冷器的内壁面认为是水力光滑的，采用双精度求解器，非耦和隐式算法，二阶求解精度。为了与

6、试验条件一致，中冷器内流动CFD分析过程中采用理想空气作为流体介质，材料参数设置如图9所示；将中冷器芯体设置为多孔介质，根据扰流片阻力特性二维模型计算结果设置粘性阻力与惯性阻力；空气的质量流量分别为0.08kg/s、0.llkg/s、0.14kg/s和0.18kg/s,进气温度设置为116°C;采用质量流量入口+压力出口的边界条件，出口压力（表压）为OPa。2.CFD计算结果分析及与试验结果对比分别对中冷器各个入口流量进行模拟计算，入口流量为0.14kg/s时中冷器壁面压力分布与速度分布情况如图13所示

7、，该工况下中冷器冷却管截面压力分布与速度分布情况如14所示。该工况下中冷器进口与出口处速度分布情况如15所示。该工况下中冷器各冷却管的流量分配情况如16所示。中冷器内阻特性曲线如图17所示。四、结语通过中冷器冷却管扰流片的二维简化模型，计算扰流片的阻力特性，进一步计算中冷器芯体多孔介质的参数，用于计算中冷器内阻，中冷器内阻特性CFD计算结果与试验结果吻合较好，说明此计算方法是正确可行的，而且能够达到很好的计算精度。中冷器内流场分析结果显示：中冷器进气室、排气室结构设计较为合理，进口处存在少量漩涡；中冷器

8、单个冷却管截面上速度分布比较均匀；中冷器各散热管流量分配不均匀，距离进、出口越近流量越大，会对中冷器的换热性能产生一定的负面影响。