高空路灯车动力舱热环境预测及冷却系统性能分析,  肇庆高空路灯车出租, 肇庆高空路灯车价格, 肇庆高空路灯车租赁  工程机械执行国三标准后，发动机均改为增压中冷式结构，增加了中冷器，为了分析影响满足国三标准的高空路灯车动力舱内部热环境的影响因素，从而改善动力舱内部的热环境和提高散热模块的冷却效率，采用虚拟风洞的研究方法，动力舱内部的流场和温度场进行了CFD模拟，同时，采用AMESim软件冷却系统的散热性能进行了一维和三维耦合仿真分析。

     动力舱内部换热机理分析   辐射换热热量的传递方式有三种：热流、热传导及热辐射，动力舱内部换热比较复杂，舱内部件与冷却空气之间同时存在着流换热和辐射换热，消声器等高温热源表面温度太高，热辐射不能忽略。流换热机理已经介绍过，本节主要分析辐射换热机理。 灰表面间的辐射和角系数辐射换热最重要的参数是角系数，根据能量守恒计算出A1A2的角系数。 为单元体dA1辐射到dA2的热量为dA1到dA2的角系数为：上式积分可得到面A1到面A2的角系数为：辐射换热量计算公式为：为壳体黑度；为斯忒芬-波尔斯曼常数；iT为壳体表面温度；jT为环境温度。

     多孔介质模型散热器的热流体侧和冷流体侧均布置着翅片，很难实际结构进行建模并模拟，因此将散热器芯体用多孔介质模型来表征冷却空气通过散热器的流动阻力：Si为动量方程源相；ijC为惯性阻力矩阵；ijD为黏性阻力矩阵于简单均匀的多孔介质，动量方程可简化为，多孔介质模型的粘性阻力系数和惯性阻力系数通过达西定律来求解：多孔介质的有效热传导率E是由流体的热传导率和固体的热传导率的体积平均值计算得到： 散热器热交换模型采用效能-传热单元数法散热器的换热特性进行求解，首先用宏单元将散热器进行离散，每个宏单元进行换热量的计算，最后求和后得到散热器的总散热量。散热器宏单元模型传热单元数计算公式为：min   传热效率计算公式为：每个宏单元换热量：散热器总换热量：根据能量守恒可得到通过散热器后，冷流体出口温度：outinpq  热流体出口温度.  

      目前，高空路灯车上使用的冷却风扇主要为6片、称式圆弧弯板结构。根据实际尺寸做适当简化后建立的风扇仿真模型。风扇作为冷却系统的重要部件，它的仿真模型准确性仿真结果至关重要，为了验证仿真模型的有效性，进行了虚拟风筒仿真验证。参考有关标准,虚拟风筒入口长度取为4倍风扇当量直径，为了消除出口处的空气回流仿真结果的影响将虚拟风筒出口长度取为6倍风扇当量直径，风道截面直径等于风扇当量直径。仿真计算中，管道内部的空气流动状态较为理想，因此为了减小网格数量和提高计算速度和精度，在仿真模型中去掉入口风道出口的整流栅。

    风扇静压为全压和动压的差：2Tds2s111+2sFpv  静压有效功率：1000sFvespqN  静压效率为静压有效功率与轴功率的比值：1000sessFvst=pqN=NN  风扇的模拟采用多重参考坐标系法（MRF），包裹风扇的旋转域在单独的旋转坐标系中求解，旋转域外的区域在原来的惯性坐标系中计算，旋转坐标系速度矢量为 rv为旋转坐标系运动速度；v为惯性坐标系运动速度；r为位置矢量；为转动的角速度。模拟风扇流场选用RNGk-ε模型，该模型考虑了湍流漩涡的影响，瞬变流和流线弯曲的影响有更好的反应，防止在模拟强旋流流动时壁面产生的失真，RNGk-ε控制方程为.   

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   计算模型进行网格划分和网格无关性检验后，最后选取网格数量约为90万。采用流体仿真软件Fluent进行仿真,选用有限体积法方程进行离散；选用RNGk湍流模型和SIM隐式算法求解；将虚拟风筒入口和出口分别设置为压力入口和压力出口；风扇旋转区域选用多重参考坐标系（MRF）模型；风扇转速设置为2000r/min。生产商提供的风扇试验结果如表3.2所示，包括风量、静压、全压和静压效率。根据表中的风量值仿真模型进行模拟，并将仿真结果与试验值进行了比。从P-Q比结果可以看出，流量较低时，试验与仿真值差异较大，随着流量的增大，变化趋势一致，误差较小。从Q-η比结果可知，仿真值与试验值变化趋势一致，误差在10%以内。由于在风扇建模时为了划分方便网格模型进行了简化，因此误差在接受的范围内，证明风扇的仿真模型和计算方法可靠、有效。

      动力舱内部实际结构非常复杂，很难按照实际结构进行建模，只保留主要热源（发动机、涡轮增压器、进排气管、消声器和进水管）以及能够明显影响动力舱内空气流动方向的部件。散热器均为风冷式，包括中冷器、液压油散热器、发动机冷却液散热器和传动油散热器，其中除了冷却液散热器为管带式结构以外，其余均为板翅式结构。 板翅式根据厂家提供的技术资料，建立某型号高空路灯车动力舱仿真模型。主要包括散热器模块、中冷器、风扇旋转域、涡轮增压器、空滤器、消声器、排气管、发动机、变速箱和燃油箱等主要部件。 1.驾驶室2.排气管3.发动机4.风扇5.液压油散热器6.空滤器7.消声器8.中冷器9.冷却液散热器10.传动油散热器.  为了预测高空路灯车在真实作业工况下动力舱内部的作业环境，需要仿真工作环境进行模拟，建立虚拟风洞仿真模型，主要包括大风洞、小风洞和动力舱，为了消除风洞壁面流场的干涉，计算域尺寸为：入口与高空路灯车前部的距离为11米，出口与高空路灯车动力舱空气出口的距离为20米，上部壁面与驾驶室顶部的距离为9米，两侧壁面与高空路灯车的距离为5米。

     网格划分, 由于风扇旋转域和导风罩区域结构不规则，采用四面体混合网格划分，散热器组结构规则采用六面体结构网格划分；动力舱内部其它区域如发动机表面等结构比较复杂均采用贴体性较好的四面体非结构网格划分，由于动力舱表面流场变化剧烈，动力舱表面进行加密处理，虚拟风洞内部远离小风洞区域流场梯度变化较小，因此为了减少网格数量提高计算的速度，大风洞和小风洞之间的流体区域采用核心六面体网格划分，全部计算域共划分网格数量约860万。

       计算域网格分布 边界条件及求解根据厂家提供的试验数据，各个散热器在不同风速下的压力损失数据进行二项式拟合，拟合后的曲线。可计算出各个散热器的多孔介质参数.  为了便于仿真，将高空路灯车的工作工况分为作业工况和行车工况，与之应的发动机转速是最大扭矩点转速和最大功率转速。由于作业工况风扇转速较低，风量较小，造成舱内热环境比行车工况更加恶劣，同时，由于篇幅所限，本节只作业工况进行三维流场和温度场进行仿真，外界环境温度为40℃，风扇转速为1500r/min。  温度（℃）发动机90, 增压空气0.17150, 消声器550, 液压油1.2587, 油底壳100, 冷却液3.295, 排气管600, 传动油1.0110, 空气认为是热辐射的透明体，并且动力舱是属于相封闭的空间，因此，S2S辐射模型适用于动力舱内部的热辐射。由于辐射传热计算较复杂，只考虑温度较高的排气管和消声器的热辐射，使用分离式求解器求解。

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