发表时间：2020-11-11T08:21:46.678Z 来源：《中国科技人才》2020年第20期作者：胡杰[导读] 本文描述了一种汽车热管理瞬态分析法，具体是基于Radthem与nuent软件通过耦合测算出某受热零部件温度在不同工作状况下变化曲线，比较分析现实测算及试验结果，检测验证了瞬态热分析法的可执行性。采用该种方法分析了某轿车前围板的隔音棉，有针对性的改造了隔热罩，借此方式降低隔音棉自体温度，减缩隔音罩的表面积，降低运行费用，获得更大经济利润。
胡杰
安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥 230000
摘要：本文描述了一种汽车热管理瞬态分析法，具体是基于Radthem与nuent软件通过耦合测算出某受热零部件温度在不同工作状况下变化曲线，比较分析现实测算及试验结果，检测验证了瞬态热分析法的可执行性。采用该种方法分析了某轿车前围板的隔音棉，有针对性的改造了隔热罩，借此方式降低隔音棉自体温度，减缩隔音罩的表面积，降低运行费用，获得更大经济利润。
关键词：汽车；热管理；瞬态工况；仿真分析
引言
当下、人们对汽车产品的动力性、舒适度、可靠性等性能提出的要求均有很大提升，国内多在稳态工况下仿真分析整车热管理状况，但针对反动及怠速、熄火后的过程等繁杂的瞬态工况，采用以上方法难以做出科学测评，以致在产品研发前期不能科学、客观对零部件的耐热性是否符合设计要求作出预判断。鉴于以上情况，本文针对汽车历经恶劣工况以后的熄火过程，采用Radthem专业软件完成瞬态仿真计算，精确拟化出以上过程受热零部件的温度改变及持续时间长度，希望能为测评汽车零件使用年限长短提供更可靠的理论支持。
1、瞬态工况的测算方法
1.1瞬态工况
本课题所阐述的瞬态工况和车辆与山路上的上坡过程有较高相似度，等同于以某个稳定速度爬行过坡度角固定的坡道后，熄火停车制动。在以上过程中，整车匀速上坡运行过程中，强迫式对流换热及辐射传热是发动机前舱主要的传热形式，在该工况下冷却风扇转速已抵达很高水平；汽车熄火时，前舱气流发生一定改变，取而代之的是自然换热与传热，冷却风扇随之闭合，此时前舱中排气管温度不会瞬间下降，在一个缓缓降温过程中，排气管会持续烘烤其周边零件，这也提示部分零件温度会在短时间内快速上升，持续一段时间后方会降低。因各零件和排气管间距及自身材质特性有差异，以致各零件的温升值即持续时间长度参差不齐。采用Radthem软件仿真测算以上温升过程，绘制出受热零件相应的温度变化曲线，进而结合相关温度规定要求去判别温升阶段该零件是否符合设计要求。
图1 是汽车热性能试验检查后某个前舱零件形成的温度曲线图。观察此图，不难发现该零件在汽车上坡过程中将温度控制在材料自体温度限制区间中，但在发动机熄火后，零件温度上升超出阈值并持续一段时间，将车辆零件超出耐温阈值的状态统一叫做热疲劳状态，若长时间处于该种状态中会增加零件失效的风险，对车辆行驶过程安全性构成威胁。故而，在汽车零件研发前期，利用Radthem软件仿真分析可能遭遇的恶劣工况，明确部分零件耐温属性是否符合车辆热性能要求[1]。
图3 Radthem瞬态工况的测算过程 2、建设模型
2.1构建网格模型
从宏观层面上，建模可以分为如下两个部分，一是用于稳态测算Fluent，二是瞬态测算RadTherm。图是某四缸缸内直喷式发动机汽车的数学模型。稳态测算模型内约有120个零件，三角样网格单元达到90万；瞬态测算时，本文炫动发动机前舱和隔音板相距较近的排气管与
隔音棉为目标对象。
图4 RadTherm软件瞬态测算的排气温度与排气流量 3、瞬态工况的分析结果
3.1 本文采用的分析思路是对比 RadTherm瞬态测算和试验数据，图5是隔音棉上测点仿真和试验结果的比较情况。对该图进行观察分析，不难发现和试验结果温度值相比较，仿真结果有所提升，可能是因 RadTherm稳态测算时设定的排气温度条件较高于实测值。此外，从30min开始，1、3仿真结果与试验检测结果之间吻合度较高，这主要是因为发动机熄火以后，历经耦合计算过程获得精确度较高的排气管温度边界条件，在该工况下仿真结果会更加贴近实验值。2点的仿真结果与仿真试验结果差值达到了20℃，究其成因，可能是2点周边安设了制动管、空调管等内径偏小的管路。在模型建设早期，没有构建以上管路配套的模型，造成仿真分析阶段该处周边对流换热状况优于现实
汽车隔热棉状况，故而仿真结果温度升高没有试验结果显著。
图5 隔音棉上温度测点仿真与试验结果比较
通过比较分析 RadTherm软件仿真结果和试验检测数据以后，可以归纳出如下几点结论：
（1）如果将骑骑车发动机舱中管路、线束等小型零部件也整合至计算模型内，那么在汽车产品研发前，基于热管理仿真测算能进一步提升零件温度预测的精确度，从而采用更科学的方法手段实现对耐热性偏差区段的有效保护，压缩产品后期研发、运维成本；
（2）即便是没有建设出完善的数学模型，但也可以采用瞬态仿真分析温度上升趋势，并依照周边零件安装实况，预测零件真实的受热状况，欲项目研发前更好的规避风险因素。
3.2将RadTherm瞬态计算用于车辆研发前期
分析在没有配置隔热铝箔工况下隔音棉温度的分布状况，发现隔音棉中部深区段温度明显超出温度上限值，在发动机熄火后4min数值最大，超出温度上限值的持续时间为10min，将隔热罩增设到隔音棉过热区段。基于既往项目经验规划出了隔热罩的原设计方案，试验检测发现原方案尽管能使隔音棉符合热性能要求，但未能获得最佳效果。故而，需改进设计方案，对改造后隔音棉温度分布情况进行分析，显而易见，该方案符合设计要求，且正高后的隔热罩面积是最初的40%，能节约大概60%的造价，提示将瞬态测算整合至车辆研发时间中具有很大必要性。
结束语：
在汽车产品项目研发前期，导入与应用瞬间计算分析法，能岗位便捷、有效的进行整车热管理。基于瞬态分析方法，有针对性的改造设计隔音棉隔热罩，比较改造前后的温度场分布情况，证实了整改后方案的可行性，能使用零件成本降低60%左右，有较高的推广价值。
参考文献：
[1]易横，孙络典，邓承浩，等.某PHEV车型电池热管理系统的1D/3D耦合分析[J].汽车工程学报，2019，9（06）：432-435+451.
[2]宋军，夏顺礼，赵久志，等.用Icepak软件分析并验证某纯电动轿车电池组热管理系统[J].汽车工程学报，2013，3（03）：169-174.
发布评论