排氣管周圍溫度場分析

王國強(qiáng)，劉杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

排氣管周圍溫度場分析

王國強(qiáng)，劉杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

在輻射、對(duì)流等多重因素影響下，排氣管周圍的溫度場比較復(fù)雜。在高溫環(huán)境下會(huì)對(duì)管線的耐久性和可靠性帶來一定的影響。文章通過對(duì)排氣管周圍溫度場的模擬，希望能在管線布置、材料選型、熱防護(hù)方面提供參考。

排氣管；輻射；溫度場

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-86-02

前言

卡車的設(shè)備越來越多，結(jié)構(gòu)越來越緊湊，如何更好的利用空間，保證管線的合理布局，特別是在高溫部件周圍，以及如何采取隔熱措施，保證管線的可靠性和耐久性，都是需要謹(jǐn)慎對(duì)待的問題。

本文通過對(duì)排氣管周圍溫度場的模擬分析，為空間的合理利用及管線的布置提供參考。

1、模型簡介

圖1 排氣管及周圍部件

2、模擬方法

排氣管周圍溫度場的模擬涉及到以下幾個(gè)方面：

1）排氣管內(nèi)的流場和溫度場分布，圖2所示；

2）排氣管周邊的流場分布及強(qiáng)制對(duì)流換熱；

3）排氣管壁內(nèi)的熱傳導(dǎo)，圖3所示；

圖2 排氣管內(nèi)部空間示意圖

圖3 排氣管實(shí)體圖

4）排氣管外壁的熱輻射及與周圍流場的熱交換。

由于在特定工況下，排氣管內(nèi)外部流動(dòng)穩(wěn)定，故排氣管外壁溫度可認(rèn)為是穩(wěn)定的。

本文采用兩個(gè)步驟來進(jìn)行分析：

1）通過Co-Simulation分析確定內(nèi)部流場、內(nèi)部溫度場、排氣管壁內(nèi)的溫度分布、管壁

的溫度布；

2）提取管壁的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合排氣管周邊流場,通過熱傳導(dǎo)和輻射的共同作用確定其溫度分布情況。

3、模型的設(shè)定

本文分三個(gè)部分對(duì)模型進(jìn)行設(shè)定，分別為排氣管內(nèi)、排氣管、排氣管外。

排氣管內(nèi)：流動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)；進(jìn)口為Mass Flow Inlet邊界，流量為800Kg/h，進(jìn)口溫度為550℃；出口為Pressure Outlet邊界，出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；模型分析采用k-ω湍流模型，湍流強(qiáng)度為0.03，特征尺度為0.1m；計(jì)算模型選擇為Segregated Fluid Enthalpy。

排氣管：采用非穩(wěn)態(tài)模擬壁面內(nèi)的熱傳導(dǎo)，外壁面初始溫度設(shè)置為300K，內(nèi)壁面為與排氣管內(nèi)流動(dòng)的相關(guān)性壁面條件；計(jì)算模型選擇為Segregated Solid Energy。

排氣管外：排氣管外部流場的模擬，進(jìn)口為Velocity Inlet，速度為15km/h，出口為Pressure Outlet邊界，出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。模型分析采用k-ω湍流模型，湍流強(qiáng)度為0.033，湍動(dòng)粘度比為449；計(jì)算模型選擇為Segregated Fluid Enthalpy、Surface-to-Surface Radiation、Gray Thermal Radia -tion。

4、分析結(jié)果

通過Co-Simulation，將排氣管內(nèi)的溫度場作為排氣管本體的初始條件，重復(fù)迭代，得到排氣管本體的溫度場分布。從圖5可以看出，高溫區(qū)域分布在排氣管內(nèi)部結(jié)構(gòu)處，表面最高溫度在400℃左右。排氣管外壁的溫度場將作為排氣管周圍溫度場計(jì)算的初始條件來模擬輻射和熱傳導(dǎo)的作用。

圖4 排氣管內(nèi)流場溫度分布圖

圖5 排氣管本體溫度分布圖

圖6 排氣管本體溫度分布圖

從圖7和圖8可以看出，A、B、C三個(gè)區(qū)域溫度較高，輻射強(qiáng)度大，在對(duì)應(yīng)位置的車架上有相應(yīng)的高溫區(qū)域，局部可達(dá)到100℃以上；排氣管出口管的溫度也較高，對(duì)氣瓶緊鄰出口管的一側(cè)也有較大的影響；在隔熱板位置，排氣管對(duì)應(yīng)位置溫度不高，未起到明顯的作用。

圖7 排氣管周圍部件的溫度分布一

圖8 排氣管周圍部件的溫度分布二

5、結(jié)論

1）在車架的高溫位置不便布置管路或線纜，或進(jìn)行隔熱處理后再進(jìn)行布設(shè)；

2）調(diào)整隔熱板的位置以起到隔絕蓄電池箱和氣瓶的熱輻射效果。

[1] 楊世銘,陶文銓. 傳熱學(xué).高等教育出版社.2006.8

[2] STAR-CCM+幫助文檔.

Ambient Temperature Field Analysis of Exhaust Pipe

Wang Guoqiang, Liu Jie
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Under the influence of multiple factors such as radiation and convection, the temperature field around the exhaust pipe is more complicated. In the high temperature environment, it will have a certain impact on the durability and reliability of pipelines. In this paper, through the simulation of the temperature field around the exhaust pipe, hope to find the pipeline layout、material selection and thermal protection to provide a reference.

exhaust pipe; radiation; temperature field

U461.9

A

1671-7988 (2017)05-86-02

王國強(qiáng)，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，研究方向?yàn)槠嚉鈩?dòng)與熱管理分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.028