殷農(nóng)民 陶邦銀
浙江眾泰汽車(chē)制造有限公司杭州分公司 浙江省杭州市 310018
炎炎夏日,車(chē)輛的使用環(huán)境變得更加苛刻,許多用戶在車(chē)輛停車(chē)時(shí),需要長(zhǎng)怠速開(kāi)空調(diào)。此時(shí)冷卻模塊位置熱回流現(xiàn)象非常嚴(yán)重,進(jìn)而降低散熱器、冷凝器、中冷器效率,用戶最直觀感受就是空調(diào)性能的下降。本文從怠速熱回流角度,分析冷卻模塊不同密封位對(duì)散熱器、冷凝器、中冷器進(jìn)風(fēng)量、進(jìn)氣溫度的影響,總結(jié)了密封冷卻模塊密封的注意事項(xiàng),從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)。
某車(chē)型在進(jìn)行溫度場(chǎng)CFD分析時(shí),怠速時(shí),冷卻模塊與FEM(前端框架)之間、FEM(前端框架)外部都存在比大的熱回流,散熱器、冷凝器、中冷器前進(jìn)風(fēng)溫度偏高??照{(diào)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、中冷系統(tǒng)性能受到影響。
圖1 怠速熱回流流線圖
表1 車(chē)輛基本參數(shù)
FEM(前端框架)外部空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜,解決熱回流成本大、周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜。為了節(jié)省項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期、節(jié)約成本,采用密封冷卻模塊與FEM(前端框架)間隙的方案減小熱回流,提升怠速工況時(shí)空調(diào)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、中冷系統(tǒng)的性能。此次問(wèn)題優(yōu)化共進(jìn)行了三種方案的對(duì)比。
方案一:
(1)冷凝器兩側(cè)與散熱器之間采用海綿密封。
方案二:
(1)冷凝器兩側(cè)與散熱器之間采用海綿密封;
(2)冷凝器兩側(cè)與FEM之間采用海綿密封;
(3)冷凝器上端與FEM之間采用海綿密封。
方案三:
(1)冷凝器兩側(cè)與散熱器之間采用海綿密封;
(2)冷凝器兩側(cè)與FEM之間采用海綿密封;
(3)冷凝器上端與FEM之間采用海綿密封;
(4)散熱器兩側(cè)與FEM之間采用海綿密封。
怠速工況下三種密封方案散熱器、冷凝器、中冷器前進(jìn)風(fēng)量結(jié)果見(jiàn)表3,進(jìn)風(fēng)溫度的結(jié)果見(jiàn)表4。
中冷器前進(jìn)風(fēng)量
方案一<方案二<方案三
冷凝器前進(jìn)風(fēng)量
方案一>方案二>方案三
表2 密封方案
表3 進(jìn)風(fēng)量(kg/s)分析結(jié)果
表4 進(jìn)風(fēng)溫度(℃)分析結(jié)果
散熱器前進(jìn)風(fēng)量
方案一>方案二>方案三
原因分析:
(1)散熱器及冷凝器的進(jìn)風(fēng)阻力隨隨著密封條的增加而增加,因此進(jìn)風(fēng)量逐漸減??;
(2)隨著密封條的增加,中冷器后部熱回流減小。原先由熱回流流經(jīng)散熱器的空氣量需要中冷器前位置的空氣量補(bǔ)充,因此中冷器前進(jìn)風(fēng)量隨密封條的增加而增加。
中冷器前進(jìn)風(fēng)溫度
方案一>方案二>方案三
冷凝器前進(jìn)風(fēng)溫度
方案一>方案二<方案三
方案一>方案三
散熱器前進(jìn)風(fēng)溫度
方案一>方案二>方案三
原因分析:
(1)隨著FEM和冷卻模塊之間密封條的增加,中冷器和散熱器熱回流減小,低溫的外部空氣量增加,進(jìn)風(fēng)的溫度出現(xiàn)和預(yù)期一樣,逐步降低。
(2)隨著FEM和冷卻模塊之間密封效果的加強(qiáng),冷凝器前空氣溫度出現(xiàn)了和預(yù)期相反的現(xiàn)象,未完全密封的方案二效果優(yōu)于完全密封的方案三。通過(guò)排查發(fā)現(xiàn),方案三中,散熱器下部超出冷凝器范圍的位置,增加的和FEM之間的密封,導(dǎo)致怠速時(shí)整個(gè)散熱器前的進(jìn)風(fēng)分布比較均勻,主要是FEM外部的自然風(fēng)、FEM外少量的熱回流和經(jīng)過(guò)冷凝器和中冷器后的風(fēng)量。而方案二中,散熱器下部超出冷凝器范圍的位置,散熱器和 FEM之間未進(jìn)行密封。導(dǎo)致散熱器下部風(fēng)阻小,和冷凝器重疊的上部范圍風(fēng)阻大。怠速時(shí),散熱器前的進(jìn)風(fēng)量由流經(jīng)冷凝器的空氣、流經(jīng)中冷器的空氣、散熱器下部熱回流三部分組成。由于方案二中散熱器下部的熱回流大于方案三,導(dǎo)致方案二中流經(jīng)冷凝器的FEM外部熱回流減少。方案二中冷凝器前進(jìn)風(fēng)由外部自然冷空氣組成,因此方案二的密封方式最有利于空調(diào)性能的提升。
考慮到車(chē)輛怠速時(shí),負(fù)荷小,對(duì)散熱器性能要求低。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速低于增壓器介入轉(zhuǎn)速,因此對(duì)中冷器性能要求低。然而隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低,空調(diào)性能也隨之下降,但是夏季怠速時(shí)要求有較好的空調(diào)性能來(lái)滿足客戶的需求。綜合空調(diào)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、中冷系統(tǒng)在怠速工況的性能需求,本車(chē)型最終選取方案二的密封優(yōu)化方式。
在工程設(shè)計(jì)中,不能盲目進(jìn)行密封、阻隔解決機(jī)艙熱回流現(xiàn)象,應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)、中冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的性能,進(jìn)行效果分析,兼顧成本控制、生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀,選擇適當(dāng)?shù)拿芊馕恢眉胺绞健?/p>