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基于 KULI 仿真分析的某車型冷卻系統(tǒng)匹配計算
2020-05-23 01:07:11· 來源：汽車熱管理之家
昨天摘要：應(yīng)用 KULI 軟件建立冷卻系統(tǒng)模型，對商用車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配計算過程和方法進(jìn)行介紹。前言隨著商用車技術(shù)發(fā)展，整車動力性、經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提升，排放標(biāo)
摘要：應(yīng)用 KULI 軟件建立冷卻系統(tǒng)模型，對商用車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配計算過程和方法進(jìn)行介紹。
前言
隨著商用車技術(shù)發(fā)展，整車動力性、經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提升，排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級，整車對發(fā)動機(jī)附件系統(tǒng)，尤其是冷卻系統(tǒng)散熱能力要求越來越高。另一方面，新一代商用車的緊湊性布置，預(yù)留給冷卻系統(tǒng)的布置空間越來越少。因此，設(shè)計一套占用空間小、可靠、高效的冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要，本文將對商用車?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計方法和過程進(jìn)行介紹。
1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)
冷卻系統(tǒng)主要功能是保證發(fā)動機(jī)在適宜的溫度下工作，根據(jù)整車運(yùn)行工況，確定冷卻系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)，見表 1。
表 1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)
2 發(fā)動機(jī)參數(shù)
表 1 中 2300rpm 是發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速下工況點(diǎn)，1400rpm 是最大扭矩工況點(diǎn)，通過熱平衡數(shù)據(jù)可計算出發(fā)動機(jī)的散熱量。
表 2 WP7.300 發(fā)動機(jī)熱平衡數(shù)據(jù)
3 冷卻系統(tǒng)建模
斯太爾工程技術(shù)中心開發(fā)的 KULI 軟件是一款一維的整車熱管理設(shè)計和仿真軟件，可以對不同方案進(jìn)行快速仿真，能有效的縮短冷卻系統(tǒng)的開發(fā)、驗(yàn)證周期。
3.1 冷卻系統(tǒng)的模型
根據(jù)整車布置建立系統(tǒng)模型，包括冷凝器、中冷器、散熱器、風(fēng)扇等，在本次仿真中冷凝器模型以帶加熱的格柵仿真，見圖 1。
a）3D 視圖 b）冷卻系統(tǒng)連接圖
圖 1 冷卻系統(tǒng)的仿真模型
3.2 冷卻系統(tǒng)模型參數(shù)確定
3.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)
冷卻系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括外形尺寸，安裝位置等，可直接從整車數(shù)模中量取，見表3。
表3冷卻系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)參數(shù)
3.2.2 性能參數(shù)
在 KULI 計算程序中，只要輸入一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)相似方程，就可以計算出在不同工況下各部件的性能參數(shù)，因此僅需向發(fā)動機(jī)廠索取水泵、風(fēng)扇在任意轉(zhuǎn)速下的一組性能數(shù)據(jù)。WP7 發(fā)動機(jī)水泵性能參數(shù)見表 4，水泵速比 1.867。
表 4 水泵性能參數(shù)表（3700rpm）
表5風(fēng)扇性能參數(shù)表
WP7 匹配Φ640mm 環(huán)形風(fēng)扇，風(fēng)扇速比為 1，風(fēng)扇性能參數(shù)見表 5。
根據(jù)表 2 發(fā)動機(jī)熱平衡數(shù)據(jù)，可求出發(fā)動機(jī)內(nèi)部阻力參數(shù)，見表 6。
表 6 發(fā)動機(jī)內(nèi)部阻力參數(shù)表
冷卻系統(tǒng)開發(fā)中，散熱器與中冷器芯子采用的冷卻管、散熱帶一般都是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，其性能數(shù)據(jù)相似，不同大小散熱器的散熱特性可根據(jù)相似方程模擬，表 7、表 8 為某配套公司提供的常用散熱器規(guī)格試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
表 7 散熱器性能參數(shù)表
表8中冷器性能參數(shù)表
入口壓降、內(nèi)部壓降以及出口壓降需要通過試驗(yàn)或 3 維CFD 軟件仿真獲取，計算時可按 KULI 自帶模型選取。
3.3 仿真分析
表 9 仿真分析結(jié)果
根據(jù)GB12542-2009汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法規(guī)定，極限使用工況為Ⅱ檔油門全開狀態(tài)，該冷卻模塊設(shè)計針對的是一個平臺，各車型Ⅱ檔車速不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取額定工況點(diǎn)車速為 20km/h，最大扭矩工況點(diǎn)車速為 15km/h 進(jìn)行仿真，結(jié)果見表 9。
從仿真結(jié)果看，除散熱器水側(cè)壓降相對比較大以外，其余參數(shù)均滿足設(shè)計要求，在滿足整車布置前提下，適當(dāng)加寬散熱器寬度可減少冷卻液壓降。
4 小結(jié)
與傳統(tǒng)手動計算相比，采用 KULI 軟件對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行匹配計算，可以節(jié)省大量的設(shè)計、計算時間，通過調(diào)整參數(shù)可對各種不同方案進(jìn)行快速分析。當(dāng)然，KULI 軟件只是一維計算工具，在系統(tǒng)壓降方面還需要結(jié)合三維 CFD 分析或試驗(yàn)來保證結(jié)果更準(zhǔn)確。
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