動力艙散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及綜合評價

李勝凱

摘要：對前期封閉動力艙冷卻風(fēng)道熱流場和溫度場仿真結(jié)果進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)動力艙內(nèi)部溫度較高，且部件表面熱量高無通風(fēng)結(jié)構(gòu)帶走，長時間使用會影響柴油機(jī)可靠性和電子器件壽命。針對這個問題，在封閉動力艙裝甲板處上方開孔增設(shè)換氣風(fēng)扇，在不影響整體結(jié)構(gòu)和滿足散熱條件下，采用熵值法和加權(quán)規(guī)劃法相結(jié)合方法，對冷卻風(fēng)道進(jìn)行綜合評價確定最優(yōu)方案，應(yīng)用實例分析表明，動力艙內(nèi)主要部件的溫度有效降低，該綜合評價方法確定可行有效。

Abstract： A comprehensive analysis of the simulation results of heat flow field and temperature field of the cooling duct of the closed power cabin in the early stage shows that the internal temperature of the power cabin is high， the surface heat of components is high and the structure without ventilation is taken away， and the long-term use will affect the reliability of the diesel engine and the life of the electronic devices.Aiming at this problem， in a closed gravity tank armor plate in open hole above add ventilation fan， without affecting the overall structure and satisfy the cooling conditions， using the entropy method and weighted method of planning method， comprehensive evaluation to determine the optimal scheme was carried out on the cooling air duct， application example analysis shows that the temperature of the main components of effective power hold down， the comprehensive evaluation method to determine the feasible and effective.

關(guān)鍵詞：散熱系統(tǒng);結(jié)構(gòu)改進(jìn);綜合評價

0? 引言

對前期封閉動力艙溫度場和熱流場仿真結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)動力艙內(nèi)部溫度較高，且部件表面熱量高無通風(fēng)結(jié)構(gòu)帶走，長時間使用會影響柴油機(jī)可靠性和電子器件壽命[1-3]。

1? 動力艙的結(jié)構(gòu)改進(jìn)及分析

1.1 改進(jìn)方案

擬在動力艙空氣濾清器上方的上裝甲板開設(shè)進(jìn)風(fēng)口并增加引氣風(fēng)扇，使艙內(nèi)空氣實現(xiàn)流動，達(dá)到降低艙內(nèi)熱量的目的[4]，如圖1所示。由于風(fēng)扇的加入，需對原來的動力艙外流場進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后，確定大小為5500×4000×2800mm。采用Multiple Reference Frame方式，給定旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)原點，旋轉(zhuǎn)方向可由右手法則確定。

1.2 改進(jìn)結(jié)果分析

風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速設(shè)置為4600r/min。由圖2可以看出，排氣管和柴油機(jī)附近區(qū)域溫度明顯降低，四周溫度也有所改善，高溫區(qū)域的溫度由原來的400-450k降為340-380k，且面積也明顯縮小，基本使局部熱量的堆積消除，溫度場的分布也變得更加均勻。

1.3 建立優(yōu)化方案

基于改進(jìn)方案，對動力艙冷卻部件在空間允許范圍內(nèi)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在優(yōu)化過程中，各個目標(biāo)之間往往難以實現(xiàn)同時最優(yōu)，有時可能會互相矛盾，因此本文擬建立動力艙綜合評價方案。方案1：原定方案;方案2：風(fēng)扇直徑增加10mm;方案3：風(fēng)扇直徑增加20mm;方案4：風(fēng)扇位置前移150mm;方案5：風(fēng)扇位置后移150mm;方案6：動力艙排氣縫增寬10mm;方案7：風(fēng)扇后增加一小風(fēng)扇。

2? 動力艙綜合評價模型的建立與分析

為了對動力艙動力傳動外壁面風(fēng)道的各種優(yōu)化方案進(jìn)行客觀、公平、合理的評價，選出最優(yōu)布置方案，必須對指標(biāo)進(jìn)行量化評估[5]。本文運(yùn)用熵值法和隸屬度線性加權(quán)規(guī)劃法相結(jié)合的方法對確定了各項指標(biāo)的權(quán)重并對各種方案進(jìn)行了綜合排序。

2.1 評價指標(biāo)的確立

確立評價指標(biāo)是進(jìn)行綜合評價的前提，也是影響評價結(jié)果的重要要素。通過查閱車輛冷卻系統(tǒng)綜合手冊和結(jié)合艙內(nèi)冷卻需求，確立高溫部件表面平均溫度、風(fēng)扇的功率、風(fēng)道阻力和排氣縫出口空氣平均溫度做為評價指標(biāo)。這四個指標(biāo)都為極小型指標(biāo)，即我們期望其取值越小越好。具體的評價指標(biāo)體系如圖3所示。

由圖3可以看出，動力艙內(nèi)高溫部件溫度指標(biāo)下共有四個底層指標(biāo)。本文主要用熵值法確立四項指標(biāo)的權(quán)重。熵值法是一種常用的客觀賦權(quán)法，可根據(jù)各項指標(biāo)的所觀測的數(shù)據(jù)差異來進(jìn)行權(quán)重判斷，不受主觀因素影響。具體步驟如下：設(shè)有n個方案，m個指標(biāo)，則fij為第i個方案的第j個指標(biāo)的數(shù)據(jù)（i=1，2，…n;j=1，2，…m），計算第j項指標(biāo)下第i個方案值占該指標(biāo)比重，各項指標(biāo)的權(quán)重值為：

利用隸屬度線性加權(quán)規(guī)劃法構(gòu)造指標(biāo)相對優(yōu)屬度矩陣，確定四個總指標(biāo)，即高溫部件附近溫度、排氣縫溫度、風(fēng)扇功率、風(fēng)道阻力的其權(quán)重，再把高溫部件溫度指標(biāo)的權(quán)重按熵值法得出的比例分配到各個底層指標(biāo)，最后再進(jìn)行綜合排序。

2.2 實例計算

現(xiàn)對幾種方案進(jìn)行仿真計算，可得到各項評價指標(biāo)具體數(shù)值，再應(yīng)用綜合評價模型進(jìn)行計算。

由上可以得出，方案7的綜合評價值最高，即在風(fēng)扇后增加一個較小的風(fēng)扇，雖然會導(dǎo)致風(fēng)扇功率和風(fēng)道阻力略有上升，但降溫效果較為明顯，所以綜合性能最佳。

3? 結(jié)論

本文對封閉式動力艙改進(jìn)進(jìn)行熱流場研究，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了7種優(yōu)化方案，并建立了綜合評價模型對方案進(jìn)行排序，可得結(jié)論如下：

①原結(jié)構(gòu)的動力艙內(nèi)溫度普遍較高，會影響其內(nèi)零部件的可靠性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，動力艙內(nèi)熱流場和溫度場得到明顯改善。

②利用熵值法和隸屬線性度加權(quán)規(guī)劃法相結(jié)合的方法建立了綜合評價模型，確立了評價指標(biāo)體系，并進(jìn)行排序7種方案，得出方案7加小風(fēng)扇的綜合評價值最高。

參考文獻(xiàn)：

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