李盈盈，胡杰，劉聰聰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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基于FLUENT的汽車燃油箱熱害分析及優(yōu)化

李盈盈，胡杰，劉聰聰

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：針對某輕卡燃油箱在熱害試驗(yàn)過程中出現(xiàn)燃油箱表面溫度過高的問題，對燃油箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)、位置等原因分析。基于FLUENT模型，對燃油箱在各個(gè)工況點(diǎn)下進(jìn)行熱流場仿真分析，在溫度超標(biāo)的位置添加隔熱罩，保證油箱表面的溫度在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，并對添加隔熱罩后的油箱進(jìn)行熱流場仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，添加隔熱罩后的油箱，滿足整車的熱害要求。通過分析，為今后的產(chǎn)品開發(fā)提供有效借鑒。

關(guān)鍵詞：燃油箱；隔熱罩；CAE分析；優(yōu)化設(shè)計(jì)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.009

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-29-03

引言

燃油箱是汽車上重要配置的零部件之一，用以貯存燃油[1-3]。普通汽車具有一個(gè)燃油箱，一般油箱的儲備里程，即貯存的燃油可行駛的里程為200-600km，在貨車上，油箱通常裝在車架外側(cè)、駕駛室座位下或貨臺下面，而轎車的油箱則裝在車身的后部。燃油箱作為汽車關(guān)鍵件，在設(shè)計(jì)過程中對其熱害風(fēng)險(xiǎn)需要格外關(guān)注。

1、初始結(jié)構(gòu)及存在問題

根據(jù)整車布置要求的不用，通常燃油箱分為安裝在車架外側(cè)和車架外側(cè)兩種情況，根據(jù)油箱材料的不同，可以分為鐵油箱和塑料油箱等，在該輕卡車型中，燃油箱為塑料油箱，布置在車架的內(nèi)側(cè)，具體布置方式見圖1所示。

圖1　油箱布置位置示意圖

燃油箱通過固定扎帶安裝在車架內(nèi)側(cè)。排氣管在也在車架內(nèi)側(cè)，油箱與排氣管的最小間隙為105mm，柴油機(jī)的排氣溫度在600℃以上，油箱和排氣管的距離較近，存在較大熱害風(fēng)險(xiǎn)。油箱與排氣管的相對位置如圖2所示。

圖2　油箱與排氣管相對位置

整車熱害試驗(yàn)，對燃油箱表面溫度進(jìn)行測量。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，燃油箱表面平均溫度在80℃以上，最溫度為87℃。高于燃油箱的最高使用溫度70℃。本文應(yīng)用Fluent熱流場分析的方法，對燃油箱表面溫度進(jìn)行仿真分析，找出熱害點(diǎn)的位置，并給出改進(jìn)意見。

圖3　油箱表面溫度

2、FLUENT模型建立

2.1 有限元網(wǎng)格劃分

對如圖所示的整車進(jìn)行網(wǎng)格劃分[4]，計(jì)算網(wǎng)格總量10757126個(gè)。

圖4

2.2 CAE輸入及假設(shè)

分析工況包含：

——爬坡工況、功率點(diǎn)工況、扭矩點(diǎn)工況、高速工況，對應(yīng)車速為60km/h，81km/h，112km/h，130km/h。

——不同工況下散熱器的出風(fēng)溫度由一維/三維耦合分析結(jié)果獲得。

——根據(jù)發(fā)動機(jī)及排氣系統(tǒng)的實(shí)測溫度，對發(fā)動機(jī)及增壓器的表面溫度進(jìn)行發(fā)動機(jī)體及渦輪增壓器、排氣歧管的溫度設(shè)定。

——環(huán)境溫度41度。

表1　發(fā)動機(jī)各部件溫度

3、分析結(jié)果

在行駛過程中，燃油箱受到前方熱空氣及排氣管的影響，會在油箱表面產(chǎn)生高溫。分析結(jié)果如圖5所示：

圖5

通過以上分析，在爬坡、扭矩點(diǎn)、功率點(diǎn)、高速工況時(shí)，燃油箱表面溫度分別為87℃、82℃、83℃、80℃。通常燃油箱表面要求70攝氏度以下，在上述四個(gè)工況油箱表面溫度都已超標(biāo)，油箱存在熱害的風(fēng)險(xiǎn)。

4、改進(jìn)方案并計(jì)算

為保證燃油箱的溫度在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，需要在排氣系統(tǒng)與燃油箱之間安裝隔熱罩，隔熱罩的設(shè)計(jì)以遮擋住高溫區(qū)域?yàn)橹?，如圖6中藍(lán)色框的范圍。

圖6　隔熱罩添加位置

改進(jìn)方案：

（1）存在熱害風(fēng)險(xiǎn)的位置，添加隔熱罩，降低燃油箱溫度。

（2）優(yōu)化隔熱罩的結(jié)構(gòu)及材料，隔熱罩材料使用純鋁1050A。

圖7　改進(jìn)方案

對改進(jìn)后方案進(jìn)行分析：

圖8　優(yōu)化后燃油箱表面溫度云圖

添加油箱隔熱罩后，在爬坡工況下對燃油箱表面溫度進(jìn)行分析，燃油箱的最高溫度在68℃，符合要求。

對優(yōu)化后的油箱進(jìn)行熱害試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示，燃油箱表面的最高溫度為69℃，符合設(shè)計(jì)要求。

圖9　優(yōu)化后油箱表面溫度

5、結(jié)束語

針對某車型燃油箱的熱害問題，本文通過FLUENT熱流場分析的方法找到問題發(fā)生的根本原因。并根據(jù)產(chǎn)生原因制定整改措施，通過添加隔熱罩的方法，解決了燃油箱的熱害問題。最后，通過試驗(yàn)對理論分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 武田信之.載貨汽車設(shè)計(jì)[M].方泳龍譯.北京:人民交通出版社, 1997.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].第5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[4] 于勇.Fluent入門與進(jìn)階教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2009.

Automobile fuel tank thermal analysis and optimization based on FLUENT

Li Yinging, Hu Jie, Liu Congcong
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd.Technology center, Anhui Hefei 230601 )

Abstract:During the process of thermal pollution test of a pick-uptruck,found that the problem of the fuel tank temperature is too high.The reasons were fuel tank locationand fuel tank structureetc.Based on FLUENT program ,The fuel tank of heat flow field simulation analysis is carried out under the working condition of each point,Add heat shield in the location of the temperature exceeds bid,ensure that the surface temperature of the fuel tank in the design scope.And after adding heat shield to the fuel tank of heat flow field simulation analysis and experiment validation.The result show that ,after adding heat shield can satisfy the demands ofvehicle thermal damage tank .Through ,for the following product development provide effective reference.

Keywords:fueltank; heat shield; CAE analysis; the optimization design

作者簡介：李盈盈，底盤設(shè)計(jì)工程師，就職于江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動機(jī)動力匹配。

中圖分類號：U467.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-29-03