车辆冷却系统空气侧特性研究

论文摘要

本文在搭建小型风洞试验台的基础上,完成对车用换热器外翅片表面传热和阻力性能的试验研究,获得多种翅片表面的试验关联式;采用理论与试验相结合的方法,对车辆冷却模块和冷却系统进行传热和阻力性能进行研究,其主要内容包括以下几个方面:(1)车用换热器外翅片传热和阻力性能试验建立风洞试验台,分别对不同结构参数的车用换热器外翅片(5种,67个试验样件),在不同迎面风速工况下进行传热和阻力性能的试验。其中结构参数主要包括翅片间距,翅片高度,翅片长度,翅片厚度等;(2)车用换热器外翅片传热和阻力性能分析及试验关联式的拟合在分析不同工况和不同结构参数对各种翅片传热和阻力性能影响的基础上,利用非线性回归和F显著性检验方法对5种翅片进行试验关联式拟合;其中,所获得的5种翅片j和f因子关联式可对90%的试验数据进行预测,其预测误差在±12%以内;并进一步与相关文献的关联式或试验数据进行对比分析,为关联式的应用指明方向。(3)换热器外翅片的参数化研究利用田口方法的参数化设计思想,分别对五种不同类型翅片进行参数化研究,分析各类型翅片的控制因子对其综合性能的影响,及各控制因子不同水平对其整体性能影响的变化特性。(4)不同类型翅片的综合强化传热性能对比在相同工况下,采用多种强化传热的评价方法,对比分析具有相同结构参数的4种翅片(平直翅片,波纹翅片,锯齿翅片和百叶窗翅片)的综合强化传热性能。(5)波纹翅片的数值模拟和结构优化,及强化传热机理分析建立3D的波纹翅片的数值计算模型并进行不同工况下的传热和阻力性能计算,计算结果与试验结果进行对比,相对试验结果,Re=1000～5000,计算结果j和f因子的平均偏差分别为9.2%和7.8%。在验证模型的基础上,分析比较几种不同结构参数的波纹翅片的传热和阻力性能,并进一步利用场协同原理分析波纹翅片的强化传热机理。(6)车辆冷却模块及冷却系统的传热和阻力性能研究针对对不同类型的车用换热器分别集中参数模型,分布参数模型建立其传热和阻力性能的数值计算模型,并在对车辆冷却模块进行1D和3D联合仿真和试验的基础上,建立车辆冷却系统的仿真模型,分析不同工况和不同冷却模块布置方式对车辆冷却系统的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 研究现状与文献综述
• 1.2.1 车辆换热器空气侧高效翅片的研究
• 1.2.2 单个换热器的数值模拟
• 1.2.3 与发动机舱室集成的车辆冷却系统空气侧研究
• 1.2.4 综述小结
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 车用换热器外翅片试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 车用换热器外翅片的试验设计
• 2.2.1 平直翅片的试验设计
• 2.2.2 波纹翅片的试验设计
• 2.2.3 锯齿翅片的试验试件
• 2.2.4 百叶窗翅片的试验设计
• 2.2.5 新型开窗翅片的试验设计
• 2.3 车用换热器外翅片传热和阻力性能试验
• 2.3.1 试验设备与测量装置
• 2.3.2 测试程序
• 2.3.3 试验数据的处理
• 2.3.4 不确定性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 试验结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 翅片的传热和阻力性能分析
• 3.2.1 平直翅片的传热和阻力性能分析
• 3.2.2 波纹翅片的传热和阻力性能分析
• 3.2.3 锯齿翅片的传热和阻力性能分析
• 3.2.4 百叶窗翅片的传热和阻力性能分析
• 3.2.5 新型开窗翅片的传热和阻力性能分析
• 3.3 试验关联式的拟合
• 3.3.1 平直翅片试验关联式的拟合
• 3.3.2 波纹翅片试验关联式的拟合
• 3.3.3 锯齿翅片试验关联式的拟合
• 3.3.4 百叶窗翅片试验关联式的拟合
• 3.3.5 新型开窗翅片试验关联式的拟合
• 3.4 本章小结
• 第四章 翅片的参数化研究及综合强化传热性能对比
• 4.1 引言
• 4.2 翅片的参数化分析
• 4.2.1 平直翅片的参数化分析
• 4.2.2 波纹翅片的参数化分析
• 4.2.3 锯齿翅片的参数化分析
• 4.2.4 百叶窗翅片的参数化分析
• 4.2.5 新型开窗翅片的参数化分析
• 4.3 不同类型翅片的综合强化传热性能对比
• 4.3.1 不同类型翅片传热系数与压力降的对比
• 4.3.2 不同翅片类型j 和f 因子的对比
• 4.3.3 面积优化因子对比
• 4.3.4 相同阻力条件下的强化传热效果对比
• 4.3.5 相同风扇功率条件下的强化传热效果对比
• 4.3.6 VG-I 准则下的强化传热对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 车用换热器外翅片传热与流动CFD 分析
• 5.1 引言
• 5.2 波纹翅片的CFD 分析
• 5.2.1 波纹翅片的物理模型及几何结构参数
• 5.2.2 CFD 计算模型与控制方程
• 5.2.3 计算网格独立性讨论
• 5.2.4 计算结果讨论
• 5.3 波纹翅片强化传热机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 车辆冷却系统的数学模型
• 6.1 引言
• 6.2 单个换热器计算模型
• 6.2.1 换热器的集中参数模型
• 6.2.2 换热器分布参数模型
• 6.3 车辆冷却模块计算模型
• 6.3.1 冷却模块的物理模型
• 6.3.2 冷却空气在冷却模块内速度分布－CFD 技术
• 6.3.3 冷却模块的1D 与3D 联合仿真
• 6.3.4 冷却模块的风洞试验
• 6.3.5 仿真结果的验证与分析
• 6.4 与整车耦合的冷却系统仿真
• 6.4.1 冷却系统部件模型
• 6.4.2 仿真结果与分析
• 6.5 本章小节
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.1.1 研究内容
• 7.1.2 创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文、专利及奖励