某輕型卡車(chē)高原環(huán)境冷卻系統(tǒng)分析

陳皓　劉雙喜　閆偉

摘要： 為解決高原環(huán)境下某輕型卡車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)水溫過(guò)高的問(wèn)題，使用流體一維分析軟件分析其在高原地區(qū)的冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，計(jì)算冷卻系統(tǒng)的許用環(huán)境溫度，以及冷卻系統(tǒng)各部件對(duì)熱管理環(huán)境的貢獻(xiàn)率；通過(guò)三維仿真與一維計(jì)算相結(jié)合的手段，對(duì)高原環(huán)境下的冷卻系統(tǒng)提出優(yōu)化方案.在海拔環(huán)境艙中進(jìn)行的整車(chē)熱平衡試驗(yàn)表明計(jì)算精度較高.

關(guān)鍵詞： 輕型卡車(chē)； 冷卻系統(tǒng)； 一維-三維耦合； 優(yōu)選方案； 試驗(yàn)驗(yàn)證； 許用環(huán)境溫度

中圖分類(lèi)號(hào)： U464.138文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： To solve the problem that the water temperature of the cooling system of a light truck is too high in plateau environment， a 1D fluid analysis software is used to analyze its cooling system state in plateau region， the allowable ambient temperature of the cooling system is calculated， and the contribution rate of each cooling system component to thermal management is obtained. By combination of 3D simulation with 1D calculation， an optimization scheme is proposed for the cooling system in plateau environment. The results of the whole vehicle thermal balance test in an altitude environment simulation laboratory indicate that the calculation accuracy is high.

Key words： light truck； cooling system； 1D-3D coupling； optimization scheme； test verification； allowable ambient temperature

0引言

國(guó)內(nèi)很多整車(chē)廠已逐步開(kāi)拓海外市場(chǎng).與國(guó)內(nèi)相比，海外環(huán)境更加復(fù)雜，有中東的高溫環(huán)境，也有南美的高原環(huán)境.原來(lái)在國(guó)內(nèi)平原地區(qū)銷(xiāo)售的車(chē)型，在這些地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題.高溫、高原環(huán)境造成氣溫、氣壓和空氣密度等的變化會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱、功率不足、排放惡化和增壓器超速等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性.[1-2]國(guó)內(nèi)針對(duì)高原環(huán)境進(jìn)行冷卻系統(tǒng)分析已經(jīng)越來(lái)越多，但冷卻系統(tǒng)各部件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的貢獻(xiàn)量，以及冷卻系統(tǒng)正常工作的許用環(huán)境溫度研究較少.

本文以輕型卡車(chē)為研究對(duì)象，針對(duì)高原發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，計(jì)算冷卻系統(tǒng)各部件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的貢獻(xiàn)量，找出最合理的優(yōu)化方案，并針對(duì)不同優(yōu)化方案的冷卻系統(tǒng)，分析其許用環(huán)境溫度，提出高原熱管理問(wèn)題新的解決方案.

1初始狀態(tài)分析

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡試驗(yàn)

在冷卻系統(tǒng)分析前期，必須進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架熱平衡試驗(yàn)，見(jiàn)圖1.采集發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)熱性能參數(shù)，作為后期一維和三維分析的計(jì)算輸入，發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1.

1.2冷卻系統(tǒng)一維模型

輕型卡車(chē)的一維冷卻系統(tǒng)模型主要包括水散熱器、中冷器、風(fēng)扇和水泵等零部件，熱管理系統(tǒng)涉及到多個(gè)換熱器之間的耦合，須建立可考慮相互間影響的系統(tǒng)模型，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行熱管理系統(tǒng)的分析和研究，基于Flowmaster軟件建立冷卻系統(tǒng)一維模型，見(jiàn)圖2.

1.4高原工況計(jì)算修正

高原環(huán)境冷卻系統(tǒng)的性能下降，主要是由空氣密度的變化所致，所以在進(jìn)行高原冷卻系統(tǒng)計(jì)算分析時(shí)，必須對(duì)高原工況冷卻系統(tǒng)的相關(guān)特性進(jìn)行相應(yīng)的修正.[3]不同海拔高度下大氣環(huán)境參數(shù)變化見(jiàn)表2.

對(duì)比這幾組優(yōu)化方案的貢獻(xiàn)量，明顯看出：當(dāng)風(fēng)扇性能提升時(shí)，散熱器入口水溫下降較快，也就是提升風(fēng)扇性能，對(duì)冷卻系統(tǒng)的貢獻(xiàn)量最大.

在高原環(huán)境下，空氣密度較低，在平原地區(qū)能滿足散熱器散熱要求的空氣側(cè)進(jìn)風(fēng)量，到高原地區(qū)就不能滿足，所以在適當(dāng)增加風(fēng)扇性能后，冷卻系統(tǒng)的性能會(huì)得到顯著改善，而改善風(fēng)扇性能最直接可行的辦法就是增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，減小發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比（冷卻風(fēng)扇為硅油風(fēng)扇），此問(wèn)題就能很好地解決.

3結(jié)論

對(duì)高原環(huán)境下輕型卡車(chē)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析，修正高原工況發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)模型，并針對(duì)散熱器入口水溫過(guò)高的問(wèn)題提出優(yōu)化方案.

著重對(duì)高原環(huán)境冷卻系統(tǒng)的各優(yōu)化方案進(jìn)行分析，探討各優(yōu)化方案對(duì)冷卻系統(tǒng)的貢獻(xiàn)量，結(jié)果表明：風(fēng)扇性能的提升可以最大限度地提高冷卻系統(tǒng)的性能，為首要的可選優(yōu)化方案.參考文獻(xiàn)：

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（編輯武曉英）