重型汽车动力传动系热管理系统研究

论文摘要

重型汽车在经济和社会发展中的作用日渐突出,已经成为公路货物运输的主力。在山区公路行驶的重型汽车和一些特种重型汽车,动力传动系的热负荷大,其工作温度区间直接关系到整车的使用稳定性,间接影响到整车的动力性和燃油经济性；散热系统的控制方式,与发动机的寄生损失紧密关联。本文研究重型汽车动力系和传动系的热管理系统,主要工作包括：1.建立了动力传动系动力学模型并确定了其热管理系统方案。建立了动力系热源与热管理部件的传热计算模型。将传动系统热源模型进行了等效处理；采用工程流体力学的方法,建立了传动系统“油-空”散热器的三维热分析模型。2.由动力传动系统仿真,为其热管理系统仿真提供边界条件。通过发动机热管理系统一维仿真,研究了其热管理系统的稳定性和热管理部件的性能特性。采用三维流体仿真分析,获得传动系热管理系统“油-空”散热器整体的传热特性和空气侧流阻特性,并得到传动系热管理系统仿真结果。3.进行了动力系和传动系的热管理台架试验。介绍了热管理试验的内容、方法,对试验数据进行了分析与处理。将试验数据与仿真结果进行对比,验证了动力系和传动系仿真模型的有效性。4.建立了完整的动力传动系统热管理仿真模型。基于整车行驶工况,将传统机械驱动方式与独立风扇驱动方式相比较。结果显示,采用独立风扇驱动方式的热管理系统,热源工作温度相对稳定,发动机寄生功率损失明显降低。本文的创新点如下：1.传动系统的主要热源液力缓速器,内部流态复杂,且在整个工况下均处于非全充液状态,从计算机资源和两相流的理论发展上看,采用流体力学的方式研究其生热机理并不可行,本研究转换思路建立了缓速器的等效热计算模型。2.采用三维流体力学的方法研究“油-空”散热器的热力学特性。本研究采用服务器能处理的最大网格数量的散热器翅片单元为研究点,在充分利用计算机资源的同时,实现散热器热力学特性的研究。3.采用行驶工况的方法,从系统角度,在一维整车热管理系统模型中,考虑不同工况条件下各动力传动部件的相互耦合,以热源的温度波动和系统能耗为目标,研究重型汽车动力传动系热管理系统的控制方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.1.1 重型汽车动力传动系统热管理技术的发展要求
• 1.1.2 重型汽车动力传动系热管理研究对象
• 1.1.3 重型汽车动力传动系统热管理技术方面存在的问题
• 1.2 重型汽车动力传动系统热管理研究发展现状
• 1.2.1 重型汽车动力传动系统热管理研究现状
• 1.2.2 重型汽车动力传动系统热管理技术现状
• 1.3 本文研究的主要目标与内容
• 1.3.1 本文研究的主要目标
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 第2章 重型汽车动力传动系热分析理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 热扩散方程
• 2.3 传动油物理特性
• 2.4 液力缓速器能量转换
• 2.5 流体控制方程及数值模拟算法
• 2.5.1 守恒控制方程
• 2.5.2 湍流控制方程
• 2.5.3 流场数值模拟算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 重型汽车动力传动系传热计算模型
• 3.1 引言
• 3.2 重型汽车行驶方程
• 3.3 重型汽车动力传动系热管理系统设计方案
• 3.4 重型汽车动力系传热计算模型
• 3.4.1 发动机模型
• 3.4.2 发动机附件模型
• 3.4.3 "水-空"散热器模型
• 3.5 重型汽车传动系传热计算模型
• 3.5.1 液力缓速器模型
• 3.5.2 "油-空"散热器模型
• 3.5.2.1 三维参数化建模简介
• 3.5.2.2 "油-空"散热器三维参数化建模
• 3.5.2.3 "油-空"散热器流道提取与网格划分
• 3.6 本章小结
• 第4章 重型汽车动力传动系热管理系统仿真
• 4.1 引言
• 4.2 重型汽车动力传动系统仿真
• 4.3 热管理系统循环流量的确定
• 4.4 重型汽车动力系热管理仿真
• 4.4.1 动力系热管理系统仿真参数
• 4.4.1.1 发动机参数
• 4.4.1.2 附件参数
• 4.4.1.3 "水-空"散热器参数
• 4.4.2 发动机热管理系统仿真模型
• 4.4.3 发动机热管理系统仿真结果
• 4.5 重型汽车传动系热管理系统仿真
• 4.5.1 "油-空"散热器三维流场分析
• 4.5.1.1 散热器空气侧流道阻力
• 4.5.1.2 散热器翅片单元对流换热
• 4.5.1.3 "油-空"散热器热交换性能
• 4.5.2 传动系热管理系统仿真参数
• 4.5.2.1 缓速器参数
• 4.5.2.2 "油-空"散热器参数
• 4.5.3 传动系统热管理系统仿真模型
• 4.5.4 传动系统热管理系统仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 重型汽车动力传动系热管理试验研究与分析
• 5.1 引言
• 5.2 重型汽车动力系热管理系统试验
• 5.2.1 发动机热管理系统试验系统结构
• 5.2.2 试验数据与仿真结果对比
• 5.3 重型汽车传动系热管理系统试验
• 5.3.1 传动系热管理系统试验内容、方法
• 5.3.2 传动系热管理系统试验仪器的选用
• 5.3.2.1 散热器风温采集
• 5.3.2.2 冷却空气流确定
• 5.3.2.3 风扇转速计量
• 5.3.3 传动系热管理系统试验测点的选择、布置与标注
• 5.3.3.1 温度测点的选择、布置与标注
• 5.3.3.2 风速测点的选择、布置与标注
• 5.3.3.3 风扇转速测点的选择与布置
• 5.3.4 传动系热管理系统试验数据分析
• 5.3.4.1 空气侧风温、风速
• 5.3.4.2 传动液侧流量、压差和温度
• 5.3.4.3 试验数据分析
• 5.3.5 试验数据与仿真结果对比
• 5.4 本章小结
• 第6章 基于整车模型的动力传动系热管理性能分析
• 6.1 引言
• 6.2 重型汽车行驶工况
• 6.2.1 路面纵坡设计规范
• 6.2.2 重型汽车行驶工况路面坡度设计
• 6.3 动力传动系统热管理仿真模型
• 6.4 重型汽车动力传动系热管理系统控制对比分析
• 6.4.1 重型汽车动力学仿真结果
• 6.4.2 热管理系统不同控制方法对比
• 6.5 本章小结
• 第7章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文的创新点
• 7.3 后续展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1:攻读博士学位期间发表的论文
• 附录2:攻读博士学位期间登记的著作权