汽车排气系统共轭传热与机舱热管理的仿真和试验研究

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1、密级：非密中图分类号：Y462硕士学位论文汽车排气系统共轭传热与机舱热管理的仿真和试验研究研究生：谢超杰导师：刘文辉学科：机械工程研究方向：先进制造技术2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasteSimulationandExperimentalResearchonConjugateHeatTransferofexhaustsystemandunderhoodthermalmanagementofvehicleCandidate：XieChaojieSupervis

2、orandRank：Prof.LiuWenhui汽车排气系统共轭传热与机舱热管理的仿真和试验研究学位类型学术型学位作者姓名谢超杰作者学号15010301029学科（专业学位类别)机械工程研究方向（专业领域)先进制造技术导师姓名及职称刘文辉教授实践导师姓名及职称所在学院机电工程学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要

3、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要随着汽车工业的迅速发展，近年来以汽车空

4、气动力学为基础的计算机仿真技术在汽车研发过程中的应用越来越广泛。在汽车机舱热管理的仿真计算中，保证汽车机舱及底盘中的零部件都在温度限值内是汽车能够正常行驶的必要条件。在传统的汽车机舱热管理仿真中，对排气系统的每个部件表面设置一个基于经验或者试验得来的均匀值，这种设置并不准确，也不符合实际情况。本文针对排气系统的仿真采用双向STAR-CCM+至STAR-CCM+共轭传热协同仿真的方法，不仅考虑到排气系统内外不均匀的流场，还考虑到了流固之间不同的传热时间问题，能够准确的计算出排气系统外壁面的温度分布，从而为汽

5、车机舱热管理的仿真计算提供准确的边界条件。首先根据主机厂提供的整车CATIA模型为基础，基于流体软件STAR-CCM+建立了整车流场模型，计算并分析了怠速、10%爬坡、6%爬坡和高速四种工况下的流场结果，获得了排气系统外壁面的对流换热系数。基于整车环境下计算得到的排气系统外壁面的对流换热系数能够准确的描述排气系统外壁面气流的分布状况，从而在排气系统的仿真中为外壁面提供准确的边界条件。然后采用双向STAR-CCM+至STAR-CCM+共轭传热协同仿真法建立排气系统流体和固体模型，分别采用稳态和瞬态模拟，计算

6、并分析了怠速、10%爬坡、6%爬坡和高速四种工况。获得了排气系统外壁面的温度分布，为汽车机舱热管理的仿真提供了准确的热边界条件。最后分别建立基于传统仿真法和协同仿真法获得的排气系统外壁面温度作为热边界条件的机舱热管理模型，只计算怠速和10%爬坡两种恶劣工况下的整车温度场，并和试验结果进行了对比分析。结果表明，传统仿真法获得的排气系统外壁面的温度与试验值的最大误差值为60℃，协同仿真法获得的排气系统外壁面的温度与试验值的最大误差值为10℃。整车温度场的计算结果中，传统仿真法计算得到的零部件的温度值与试验值最

7、大误差为20.8℃，协同仿真法计算得到的零部件的温度值与试验值最大误差为8.2℃。通过两种仿真方法的计算结果与试验值的对比，证明了协同仿真法在汽车机舱热管理仿真中的应用要优于传统仿真法，能够相对准确的计算出零部件表面的温度，为汽车环境舱热害试验的监测布点提供指导，缩短项目研发周期，降低研发成本。关键词：排气系统；共轭传热；协同仿真；对流换热；温度分布iiiABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheautomotiveindustry,computersimulationtec

8、hnologybasedonautomotiveaerodynamicshasbecomemoreandmorewidelyusedinvehicleR&Dprocessinrecentyears.Inthesimulationcalculationofthethermalmanagementofthevehiclecabin,ensuringthatthecomponentsintheunderhoodandthechass