章馳

基于CFD的某商用車內(nèi)流場性能仿真研究

章馳

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

文章基于有限元法和流體力學(xué)，采用StarmC++軟件，對三款商用車進行了內(nèi)流場分析，得到了吹面模式流線分布結(jié)果，吹面風(fēng)道出口截面速度及主要駕乘人員溫度場結(jié)果，結(jié)果顯示，研究車型增加后排出風(fēng)口配置后，整體內(nèi)流場溫度得到改善，較競品車型內(nèi)流場性能具有更大優(yōu)勢，達成設(shè)計目標(biāo)。

商用車；內(nèi)流場；性能

1 引言

隨著國家經(jīng)濟快速發(fā)展，商用輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經(jīng)濟性和便利性，已經(jīng)成為運輸貨物的必然選擇[1]。與此同時，隨著發(fā)動機功率密度和節(jié)能減排的不斷強化，整車冷卻系統(tǒng)和內(nèi)流溫度場性能要求也越來越高，良好的出風(fēng)口結(jié)構(gòu)和角度設(shè)計，對整車內(nèi)流場性能有著積極影響[2-3]，故研究商用車內(nèi)流場性能，具有重要的經(jīng)濟和社會價值。

本文基于有限元法和流體力學(xué)，采用StarmC++軟件，對三款商用車進行了內(nèi)流場分析，得到了吹面模式流線分布結(jié)果，吹面風(fēng)道出口截面速度及主要駕乘人員溫度場結(jié)果，結(jié)果顯示，研究車型增加后排出風(fēng)口配置后，整體內(nèi)流場溫度得到改善，較競品車型具有更大優(yōu)勢。

2 內(nèi)流場性能CAE分析

2.1 內(nèi)流場有限元模型

本文采用StarmC++軟件，對某商用車基礎(chǔ)車型、研究車型和競品車型進行了內(nèi)流場分析，其中基礎(chǔ)車型無后排出風(fēng)口，而研究車型和競品車型則有后排出風(fēng)口配置，網(wǎng)格大小為6mm，壁面處理模式為Two-Layer All y+ wall treatment，入口邊界進口流量為400m3/h，出口邊界條件為壓力出口靜壓0MPa，空氣密度為1.22kg/m3，其有限元模型如圖1所示。

2.2 CAE吹面模式流線分布

本文對上述三款車型進行了CAE吹面模式流線分析，其中圖2為基礎(chǔ)車型分析結(jié)果，主駕乘員能獲得大部分正吹效果，由俯視圖可知，基礎(chǔ)車前排乘員吹面流線分布清晰均勻，無干涉交叉問題，設(shè)計效果較好。圖3為某商用車型吹面模式流線分析結(jié)果，其主駕乘員吹面效果較基礎(chǔ)車型有提升，后排空間流線更均勻循環(huán)，根據(jù)俯視圖，該商用車前排乘員吹面流線在整個內(nèi)流場區(qū)域內(nèi)更流場，增加的后排出風(fēng)口，改善了后排乘員的內(nèi)流溫度場。圖4為競品車型吹面模式流線分布結(jié)果，前排流場主出風(fēng)口正對駕乘人員臉部，但較之于基礎(chǔ)車均勻性相對弱，且后排出風(fēng)口風(fēng)向上揚，不利于后排出風(fēng)口走向及溫度場改善效果。

圖1 某商用車內(nèi)流場CFD模型

圖2 基礎(chǔ)車型內(nèi)流場分析結(jié)果

圖3 某車型內(nèi)流場分析結(jié)果

圖4 競品車型內(nèi)流場分析結(jié)果

表1為三款車型各出風(fēng)口質(zhì)量流量數(shù)據(jù)和百分比，基礎(chǔ)車型前排吹面風(fēng)量質(zhì)量流量比接近1:1.5:1.5:1，研究車型其比例為1:1.7:1.7:1:0.9，競品車型比例1:1.6:1.6:1:0.8，研究車型風(fēng)量質(zhì)量流量分配比較合理。

表1 各車型風(fēng)量分配比例表

2.3 CAE 吹面風(fēng)道出口截面速度分析

本文對上述三款車型進行了CAE吹面風(fēng)道出口截面速度分析，圖5為基礎(chǔ)車型吹面風(fēng)道截面速度分析結(jié)果，由圖可知，前排流場較清晰，溫度場降溫效果較好。圖6為某研究車型吹面風(fēng)道出口截面速度分析結(jié)果，增加后排出風(fēng)口后，極大改善了后排出風(fēng)口溫度場。

圖7為競品車型吹面風(fēng)道出口截面速度分析結(jié)果，后排出風(fēng)口有明顯負壓問題，其風(fēng)速匯總?cè)绫?所示。

圖5 基礎(chǔ)車型吹面風(fēng)道出口截面速度分析結(jié)

圖6 某車型吹面風(fēng)道出口截面速度分析結(jié)果

圖7 競品車型吹面風(fēng)道出口截面速度分析結(jié)果

表2 各車型出風(fēng)口平均流速表

3 各車型內(nèi)流場溫度場分析

本文對上述三款車型進行了內(nèi)流場溫度場分析，乘員溫度監(jiān)測點如圖8所示，在主要乘員左右側(cè)各設(shè)置溫度觀測點。

圖8 乘員溫度監(jiān)測示意圖

圖9為乘員頭部監(jiān)測點溫度測試結(jié)果圖，駕駛室頭部位置，基礎(chǔ)車與研究車型駕駛員頭部溫度相當(dāng)，副駕駛員位置，研究車型較基礎(chǔ)車型溫度要低約3度，效果較好。對于后排位置乘員，研究車型增加后排出風(fēng)口后，溫度場得到改善，下降約2-3度，達到設(shè)計目標(biāo)。

4 結(jié)論

本文基于有限元法和流體力學(xué)，采用StarmC++軟件，對三款商用車進行了內(nèi)流場分析，得到了吹面模式流線分布結(jié)果，吹面風(fēng)道出口截面速度及主要駕乘人員溫度場結(jié)果，結(jié)果顯示，研究車型增加后排出風(fēng)口配置后，整體內(nèi)流場溫度得到改善，較競品車型內(nèi)流場性能具有更大優(yōu)勢，達成設(shè)計目標(biāo)。

[1] 周冬龍.基于虛擬迭代的某輕卡后橋疲勞分析研究[D].山西:中北大學(xué),2019.

[2] 呂峰.商用車冷卻模塊匹配設(shè)計方法研究[D].浙江:浙江大學(xué), 2011.

[3] 王露陽.基于CFD的某商用車發(fā)動機艙的改進設(shè)計[J].江蘇大學(xué)學(xué)報13(1):25-27.

Simulation of Flow Field Performance of a Commercial Vehicle with CFD

Zhang Chi

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co. Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

In this paper, based on the finite element method and hydrodynamics, this paper analyzes the internal flow field of three commercial vehicles by starmC++, and obtains the streamline distribution results of blowing surface mode, the cross-section velocity of blowing air duct outlet and the temperature field of main drivers and passengers. The results show that after the exhaust outlet configuration is increased, the overall internal flow field temperature is improved and the performance of internal flow field is better than that of competitors With greater advantages to achieve the design goals.

Commercial vehicle; Internal flow field; Performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.034

U467

A

1671-7988(2021)03-112-03

U467

A

1671-7988(2021)03-112-03

章馳，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。