舒勇，范廣龍，沈阿榮

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

某車型中冷器內(nèi)流場分析

舒勇，范廣龍，沈阿榮

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文運(yùn)用STAR-CCM+軟件對某車型中冷器內(nèi)流場進(jìn)行了分析，以驗(yàn)證其中冷器阻力是否滿足要求，為各類變型車及新車型開發(fā)提供理論依據(jù)與參考。

中冷器；內(nèi)流場；分析

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-34-03

前言

重卡發(fā)動機(jī)廣泛采用廢氣渦輪增壓器來提高進(jìn)氣空氣流量，以提升發(fā)動機(jī)的升功率，從而改善燃油經(jīng)濟(jì)性。增壓后的空氣由于溫度較高不適宜直接進(jìn)入燃燒室，因此帶廢氣渦輪增壓的車型都會配備中冷器以對增壓后的空氣進(jìn)行冷卻。但是中冷器會增加空氣阻力，使增壓空氣的壓力下降，導(dǎo)致增壓效果減小，發(fā)動機(jī)響應(yīng)變慢。本文運(yùn)用STAR-CCM+軟件對某車型中冷器內(nèi)流場進(jìn)行了分析，以驗(yàn)證其中冷器阻力是否滿足要求，為各類變型車及新車型開發(fā)提供理論依據(jù)與參考。

1、分析數(shù)據(jù)

該車型中冷器幾何參數(shù)見表1。發(fā)動機(jī)典型工況下要求的中冷器性能參數(shù)見表2。

表1 中冷器幾何參數(shù)

表2 中冷器性能參數(shù)

2、模型處理

根據(jù)分析內(nèi)容，對中冷器進(jìn)行必要的簡化，去除與中冷器內(nèi)流場無關(guān)的支架、螺栓等，中冷器模型如圖1所示，經(jīng)過簡化后的中冷器內(nèi)流場分析模型如圖2所示。

中冷器的前處理全部在ANSA軟件中進(jìn)行，幾何清理后將對其進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，考慮到精度以及計(jì)算的效率，網(wǎng)格大小設(shè)置為5mm，劃分網(wǎng)格后的中冷器模型如圖3所示，網(wǎng)格全部為三角形網(wǎng)格，類型為MAP+BEST組合，曲率半徑大于100的面采用MAP類型網(wǎng)格，有比較好的貼體表現(xiàn)，其他的采用BEST網(wǎng)格，可以有效減少網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格質(zhì)量也比較好，劃分網(wǎng)格后的面網(wǎng)格總數(shù)為413942。

根據(jù)ANSA生成的面網(wǎng)格，在STAR CCM+軟件中采用多面體網(wǎng)格劃分技術(shù)進(jìn)行體網(wǎng)格的劃分，并且設(shè)定3層邊界層，為了更好地使計(jì)算收斂，在進(jìn)出口都將設(shè)置0.4m的伸出端，最終體網(wǎng)格數(shù)量為1178864，體網(wǎng)格模型如圖4所示、局部細(xì)節(jié)部分如圖5所示。

3、計(jì)算方法及邊界條件設(shè)定

該中冷器計(jì)算模型，如圖6所示：整個中冷器氣室由3個部分組成，分別為①：進(jìn)氣室；②：橫排管；③：出氣室。

3.1 計(jì)算模型

本次分析選擇穩(wěn)態(tài)(Steady)、離散型（Segregated Flow）湍流（Turbulent）計(jì)算模型，湍流模型選取Realizable K-Epsilon模型，具體完整模型選取如圖7所示。

3.2 邊界條件

中冷器進(jìn)口邊界設(shè)置為流量進(jìn)口（Mass Flow Inlet），分為最大扭矩點(diǎn)和最大功率點(diǎn)兩個工況不同流量，出口為壓力出口（Pressure Outlet），壁面采用無滑移邊界條件，如圖8所示。

4、分析內(nèi)容

通過計(jì)算得到最大功率工況下中冷器內(nèi)部的壓力分布云圖，如圖9所示，最大扭矩點(diǎn)工況下中冷器內(nèi)部的壓力分布云圖如10所示。

從中冷器內(nèi)部壓力分布云圖可以看出，進(jìn)氣室壓力較大，出氣室壓力較小，壓力最大處位于進(jìn)氣室入口處，其中進(jìn)氣室、橫排管、出氣室的壓降分別如表3所示。

表3 中冷器各段的壓降

內(nèi)部流動情況可以根據(jù)流線得知，圖11為最大功率工況下的速度流線圖，圖12為最大扭矩點(diǎn)工況下的速度流線圖。

由速度流線圖可以看出，兩個工況在進(jìn)氣室，流場較平順勻緩，經(jīng)過橫排管到了出氣室后，流場在整個出口管道比較紊亂，壓力損失較大，所以兩個工況下，出氣室的壓降均遠(yuǎn)大于進(jìn)氣室壓降。

根據(jù)上述分析可知，中冷器在最大功率點(diǎn)及最大扭矩點(diǎn)工況下，中冷器氣室的整個壓降均未超過最大允許氣阻12kPa，符合整個設(shè)計(jì)要求。

5、結(jié)束語

在設(shè)計(jì)初期采用計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可有效節(jié)省企業(yè)實(shí)驗(yàn)成本。本文運(yùn)用STAR-CCM+軟件對某車型中冷器內(nèi)流場進(jìn)行了分析，為各類變型車設(shè)計(jì)及新車型開發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫第4版].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5.

[2]王望予.汽車設(shè)計(jì)[第4版].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8.

[3]林建忠.流體力學(xué).北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[4]吳望一.流體力學(xué).北京：北京大學(xué)出版社,2005.

Internal flow field analysis of intercooler

Shu Yong, Fan Guanglong, Shen Arong
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

In this thesis,we make an Internal flow field analysis of intercooler by using STAR-CCM+ software,to verify the resistance of intercooler if meets the requirements.And to provide a theoretical basis for the development of all kinds of variants and new models reference.

Intercooler; Internal flow field; Analysis

U464

A

1671-7988(2015)04-34-03

舒勇，就職于陜西重型汽車有限公司。