陳皓　劉雙喜　閆偉

摘要： 為解決高原環(huán)境下某輕型卡車?yán)鋮s系統(tǒng)水溫過高的問題，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)各部件對熱管理環(huán)境的貢獻率；通過三維仿真與一維計算相結(jié)合的手段，對高原環(huán)境下的冷卻系統(tǒng)提出優(yōu)化方案.在海拔環(huán)境艙中進行的整車熱平衡試驗表明計算精度較高.

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

中圖分類號： U464.138文獻標(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

國內(nèi)很多整車廠已逐步開拓海外市場.與國內(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.原來在國內(nèi)平原地區(qū)銷售的車型，在這些地區(qū)可能會出現(xiàn)問題.高溫、高原環(huán)境造成氣溫、氣壓和空氣密度等的變化會引起發(fā)動機過熱、功率不足、排放惡化和增壓器超速等一系列問題，嚴(yán)重影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性.[1-2]國內(nèi)針對高原環(huán)境進行冷卻系統(tǒng)分析已經(jīng)越來越多，但冷卻系統(tǒng)各部件對發(fā)動機水溫的貢獻量，以及冷卻系統(tǒng)正常工作的許用環(huán)境溫度研究較少.

本文以輕型卡車為研究對象，針對高原發(fā)動機冷卻系統(tǒng)不達標(biāo)問題，計算冷卻系統(tǒng)各部件對發(fā)動機水溫的貢獻量，找出最合理的優(yōu)化方案，并針對不同優(yōu)化方案的冷卻系統(tǒng)，分析其許用環(huán)境溫度，提出高原熱管理問題新的解決方案.

1初始狀態(tài)分析

1.1發(fā)動機熱平衡試驗

在冷卻系統(tǒng)分析前期，必須進行發(fā)動機臺架熱平衡試驗，見圖1.采集發(fā)動機相關(guān)熱性能參數(shù)，作為后期一維和三維分析的計算輸入，發(fā)動機相關(guān)參數(shù)見表1.

1.2冷卻系統(tǒng)一維模型

輕型卡車的一維冷卻系統(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，見圖2.

1.4高原工況計算修正

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，所以在進行高原冷卻系統(tǒng)計算分析時，必須對高原工況冷卻系統(tǒng)的相關(guān)特性進行相應(yīng)的修正.[3]不同海拔高度下大氣環(huán)境參數(shù)變化見表2.

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

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)動機轉(zhuǎn)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的傳動比（冷卻風(fēng)扇為硅油風(fēng)扇），此問題就能很好地解決.

3結(jié)論

對高原環(huán)境下輕型卡車的冷卻系統(tǒng)進行計算分析，修正高原工況發(fā)動機熱管理系統(tǒng)模型，并針對散熱器入口水溫過高的問題提出優(yōu)化方案.

著重對高原環(huán)境冷卻系統(tǒng)的各優(yōu)化方案進行分析，探討各優(yōu)化方案對冷卻系統(tǒng)的貢獻量，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：

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（編輯武曉英）