发动机舱散热的 CFD 研究

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汽车前舱散热性能的仿真与优化分析

汽车前舱散热性能的仿真与优化分析刘传波;杨宇;莫易敏;王伟【摘要】为了改善某MPV车型前舱的散热性能,针对该车型建立了前舱有限元模型,采用CFD软件对其整车流场及温度场进行数值仿真分析,综合比较了高速工况下冷却模块在CRFM(condenser,radiator,fan power train cooling module)和CFRM(condenser,fan,radiator power train cooling module)这两种布置方式对汽车散热性能的影响,并分析了风扇与散热器之间的间距对散热性能的影响.研究结果表明,CRFM布置下发动机前舱热量分布更均匀,散热效果更好;适当增大风扇与散热器两者之间的间距能显著提升前舱的散热性能,风扇与散热器之间存在一个最优距离.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】4页(P137-140)【关键词】散热性能;前舱;冷却模块;CFD【作者】刘传波;杨宇;莫易敏;王伟【作者单位】武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉 430070;武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉 430070;上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】TH16;U464.138+.41 引言随着汽车综合性能的不断提高，发动机、传动装置、空调以及液压设备等的散热负荷也越来越高，汽车前舱内的布置也越来越紧凑，对汽车前舱散热性能的要求也越来越严格。

目前，采用CFD技术并结合试验验证的方法对汽车前舱的散热问题进行研究的现象越来越普遍。

汽车冷却模块传统布置方式是风扇放置于冷凝器和散热器后面的CRFM布置，文献[1-3]提出了将风扇放置于冷凝器和散热器之间的CFRM布置概念，并研究指出，当风扇转速相同时，CFRM前舱温度相比于CRFM布置要低10℃以上，冷凝器和散热器的空气质量流率也更大。

CFD在发动机舱热管理中的应用发展

法。介绍了目前国内、外运用ＣＦＤ技术研究发动机舱热管理的发展现状；分析了应用ＣＦＤ数值模拟对进出风口、格栅造
型、导流板、护风罩等结构和舱内冷却模块布置进行的优化设计；指出了当前ＣＦＤ研究中还存在的不足，展望了数值模
ｈｅａｖｉｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｅｎ￣ｎｅ —ｂａｙｆｌｏｗａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄ，ｓｕｃｈａｓａｉｒｉｎｔａｋｅａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｒ，ｌｌｍｏｄｅｌ，ｄｅｌｆｅｃｔｏｒ，ｆａｎｓｈｒｏｕｄ，ａｓｗｅｌｌ
（ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００８１，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＵｓｉｎｇｔｈｅＣＦＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｆｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ）ｔｏａｎａｌｙｓｅａｎｄｓｏｌｖｅｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｅｎｇｉｎｅｃｏｏｌｉｎｇ
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣＦＤＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＵｎｄｅｒｈｏｏｄＴｈｅｒｍａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔ

CFD技术应用论文

CFD技术在内燃机中的应用汽车学院14班鲁瑛琦44120208摘要：进入二十一世纪以来，科学技术的高速发展让内燃机实验变得更加简便。

尤其是仿真模拟软件的应用大大节省了内燃机实验的成本，提高了可操作性。

其中CFD技术运用广泛,在内燃机设计中发挥的作用也越来越重要。

本文简要介绍了内燃机工作过程数值模拟和内燃机CFD的发展历程,并介绍了内燃机CFD 的各个组成部分和缸内紊流流场的基本算法,最后指出了内燃机CFD的发展趋势。

1.CFD技术简介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于计算机技术的一种数值计算工具,用于求解流体的流动和传热问题。

由于CFD可以准确的给出流体流动的细节,因而可以从对流场的定量分析中发现产品设计中存在的问题,据此优化设计方案,达到改变传统产品设计过程的目的。

本文对CFD技术在内燃机设计中的应用进行了讨论。

1.1紊流运动的CFD简介内燃机的缸内气体流动是典型的紊流运动,对紊流运动的计算属于计算流体力学(CFD)的范畴。

内燃机工作过程CFD即是在紊流流动CFD的基础上,增加了对内燃机工作过程所特有的喷雾、蒸发、混合及燃烧等子模型的建立。

紊流运动的CFD是目前CFD领域困难最多但研究最活跃的领域之一。

目前关于此类的计算方法大致可分为:(1).直接数值模拟(DNS)。

运用非稳态的N-S方程对紊流进行直接计算,包括大尺度涡旋和小尺度涡旋,对高度复杂的紊流运动必须采用很小的时间和空间步长。

(2).大涡模拟(LES)。

运用非稳态N-S方程直接模拟大尺度涡旋,小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑。

以上两种计算方法都要求计算机有很高的处理速度和存储容量。

(3).Reynolds时均方程法。

将非稳态方程对时间作平均,在所得出的关于时均物理量非控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量,于是所得出的方程个数小于未知量的个数。

为使方程组封闭,就建立模型把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量的函数。

基于CFD的汽车发动机舱热管理及优化

基于CFD的汽车发动机舱热管理及优化谢暴;陶其铭【摘要】为了研究汽车发动机舱热管理，设计出与整车开发流程相匹配的发动机舱热管理工作的模拟分析流程。

基于“计算流体力学”CFD软件中的STAR-CCM+，分析了某车型发动机舱的冷流场，提出其前端进气格栅的优化方案。

该优化方案使流经散热器与冷凝器的风量分别提升7.0%和9.6%。

获得了优化的发动机舱的温度分布云图及热平衡温度。

针对风险部件进行舱内热害仿真分析，得到目标监测点温度满足许用温度要求。

水温试验模拟仿真分析中的整车热平衡，仿真精度≥85%，舱内热害仿真精度≥95%。

结果表明：应用该流程具有较高的计算效率和可靠性。

%A simulation analysis process of nacel e thermal management was designed to investigate the thermal management in cabin of a developing automobile considering lfow match. An optimization scheme of the front air intake gril e was made by the nacel e cold lfow ifeld analysis to a model automobile based on the STAR-CCM+of the CFD (Computational Fluid Dynamics) software. The optimal scheme increased air volume by 7.0%for radiator and by 9.6%for condenser. The thermal equilibrium temperatures and the temperature distributions in the cloud for the optimal scheme were obtained to analyze the thermal pol ution in an automobile cabin. The target temperature for risk parts was obtained by cabin thermal damage simulation to monitor the satisfy requirement of al owable temperature. The thermal equilibrium simulation results for an automobile were veriifed by water experiments with an accuracy of 85%or higher. The cabin thermal damage has an accuracy of 95%or more.Therefore, the design process has a high computing efifciency and a high reliability.【期刊名称】《汽车安全与节能学报》【年(卷),期】2016(007)001【总页数】8页(P115-122)【关键词】汽车发动机舱;热害;热管理;CFD软件;冷流场;热平衡【作者】谢暴;陶其铭【作者单位】安徽职业技术学院机械工程系，合肥230011，中国;江淮汽车股份有限公司，合肥230022，中国【正文语种】中文【中图分类】TH123Dynamics); cold flow field; heat balance现代汽车采用的低车身、小型化的流线型设计趋向[1]，使得发动机舱内空间狭小、零部件安放位置紧凑；而增压+缸内喷、分层燃烧、双离合变速器(dual clutch transmission，DCT）等众多新技术在汽车上的应用，也使机舱内附件增多且产生较大的工作热量；从而易形成过热的发动机舱环境[2]。

LPG公交客车发动机舱散热特性的CFD分析

象，运用计算流体动力学的方法，研究车辆在较差散热工况（如低速大扭矩）下的发动机舱内空气对流传热特性，分析其温度场规律，找出影响发动机舱内散热的主要因素，为ＬＰＧ公交客车发动机舱的合理设计提供技术支持。
ＬＰＧ公交客车发动机舱散热特性的ＣＦＤ分析
李礼夫，崔涛（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０）
ＡａｎａｌｙｓｉｓｏｆＬＰＧＢｕｓＵｎｄｅｒｈｏｏｄＣｏｏｌｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄ舱；散热；数值模拟
中图分类号：Ｕ４６９．１３
文献标识码：Ａ文章编号：１００１ —２２５７（２０１３）０４ —００１９一Ｏ５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｕｎｄｅｒｈｏｏｄｏｖｅｒｈｅａｔｏｆｌｉｑｕｅｆｉｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｇａｓｂｕｓｅｓａｔｌｏｗｓｐｅｅｄｉｎｈｉｇｈ —ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｔｕｄｙｔｈｅｂａｓｉｃｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｌａｗｏｆｕｎｄｅｒｈｏｏｄａｉｒｉｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ

某纯电动车机舱CFD仿真计算与优化

某纯电动车机舱CFD仿真计算与优化摘要：在某纯电动午设il•开发阶段，对机舱内流动悄况进行三维CFD仿真汁算。

基础年空讣算结果发现从格冊进入的空气从冷却模块两侧及底部泄露严重，冷却模块前出现热返流现象。

为提高机舱内冷却模块的散热能力，提出2 种改进方案。

结果表明，在热负荷最为恶劣的110km/h的匸况下，方案二比基础方案的冷凝器进风虽提商了19%, 散热器进风量提« f 8%.格栅利用率提高了16£散热器进风溫度降低了 3 °C。

关键词：纯电动车，发动机舱，数值模拟，优化。

0前言对于传统车，汽车发动机舱内结构布豊非常紧凑，散热比较困难，如果前期未充分考虑发动机舱的布置对机舱内气流分布的影响，容易造成机舱整体或是局部温度过髙加。

而而对于纯电动车，机舱内布置相对宽松，虽然没有发动机及排气管路高散热部件，但纯电动车的动力电池、充电机、电机控制器等部件冷却需求很高，冷却系统的冷却液温度相对传统车低很多。

对于采用水冷式的动力电池需要空调对其进行冷却，这导致冷凝器的散热量增加，散热器进风温度提高，同时髙车速时散热器目标需求散热量很大:“，机舱布置不当容易造成冷却系统温度超高。

这就要求机舱内布苣要合理，以保证冷却模块的进风量及进风温度需求。

因此，在车型设计开发前期，对纯电动车机舱内的空气流动进行研究对判断机舱内布宜是否合理以及冷却模块性能是否满足要求尤为重要。

本文针对某新开发的纯电动车型，对其机舱内的气体流动进行了三维CFD分析，并根据基础车型存在的格栅进气利用率不高及冷却模块前端热返流的问题，提出了优化方案。

1计算模型与计算方法计算模型建立与实车尺寸比例为1:1的三维模型，同时为了能够得到比较准确的汁算结果，在几何模型处理过程中尽量保留机舱内的所有关键部件。

车身、底盘、动力电池等保持真实的结构特征，而对进气影响比较大的格栅，冷却模块及冷却模块前的部件加密精细处理。

前端冷却模块布置方式为（CRFM形式）⑶，即冷凝器、散热器和风扇的排列形式。

汽车车身设计中CFD技术的运用

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计　时代汽车ｗｗｗ．ｃｎａｕｔｏｔｉｍｅ．ｃｏｍ汽车车身设计中CFD技术的运用周连明上海知豆电动车技术有限公司　上海市　201821摘　要：汽车车身的设计看似简单，实际上是一个相当复杂的问题，需要考虑美观性、稳定性以及空气阻力等因素，将CFD技术应用到汽车车身设计中，能够实现对于发动机舱进气散热性能、后视镜风噪评估以及空调进风效率评估等，保证设计的合理性，更进一步为车身的空气动力学分析提供参考。

关键词：汽车；车身设计；CFD技术；运用1　前言就目前而言，在主流汽车生产厂商的车身设计中，空气动力学分析的重点都体现在力学特性计算、车身造型以及部分扰流部件的优化等，对于局部细节的评估不够重视，相关研究文献也较少，相比较国外习惯以风洞试验等获取数据，开展局部细化的方法，国内汽车厂商对于耗资巨大的试验一般都是敬谢不敏。

将CFD技术应用到汽车车身设计中，能够提升设计的合理性和可靠性。

2　CFD技术概述CFD技术的全称是Computational Fluid Dynamics，计算机流体力学，其基本原理，是运用相应的数值求解控制流体流动的微分方程，计算出流体流动产生的流场在连续区域内的离散分布，从而对流体的流动状况进行近似模拟。

CFD技术有着极强的适应性和广阔的应用范围，其特点体现在三个方面：首先，在对流动问题进行分析时，一般都会选择非线性控制方程，但是因为存在于计算域的边界条件和几何形状复杂，很难得到相应的解析解，CFD技术的应用，可以帮助研究人员更快找出可以满足工程实际需求的解；其次，CFD技术可以以计算机为支撑，开展相应的实验研究，如针对不同流动参数的各类数值试验等，可以对得到的不同方案进行对比分析，找出最佳方案；然后，CFD技术并不会受到物理模型或者实验模型的约束，灵活性强，成本相对低廉，而且可以给出更加详细的资料，能够对一些无法达到的理想条件进行模拟，保证试验效果[1]。

ANSYS CFD发动机仿真分析方案介绍

燃料分析与反应机理简化
点火分析、火焰传播速度分析、对冲火焰分析
燃料组分与反应机理数据库
燃料的物理化学性质
目录
• 发动机设计需求与难点 • Forte发动机仿真方案介绍 • 总结
Forte系列内燃机软件总结模拟尽可能详细的机理详细的雾化机理多组分蒸发模型多组分燃烧仿真详细的烟气生成机理高精度的计算结果雾化与蒸发计算结果与实验结果相符壁面冲击计算结果与实验相符多组分燃烧压力值与实验结果相符烟气计算结果与实验结果相符较便捷的操作流程自动网格生成&动态网格技术便捷的简化机理流程较高的仿真速度与气动计算解耦的雾化机理多组分蒸发与两相系统方程的综合使用先进的化学反应求解器 RCCI发动机燃烧过程：470组分，8CPU，4-6h 柴油发动机完整循环：173组分，24CPU，1d
目录
• 发动机设计需求与难点 • Forte发动机仿真方案介绍 • 总结
燃烧过程中的机理与Forte系列软件的独特功能
燃烧过程中的机理雾化机理：燃料射流破碎成小液滴
Forte系列产品的独特功能
与气动计算解耦的雾化模型、与壁面的相互作用
蒸发机理：小液滴蒸发成气态燃料
多组分蒸发模型和两相动量能量模型
混合机理：气态燃料与空气混合
通用多组分流动模型
气相燃烧机理：燃料与氧气发生氧化反应基于真实燃料的简化反应机理模型
雾化
蒸发
混合
反应
雾化
需要
气
体
流
场
求
解
结
果
不
A/V
需要
气
体
流
场
求
解
State of art

发动机舱内外流场与温度场分析

发动机舱内外流场与温度场分析研究1 课题研究的背景、目的及意义1.1 研究的背景随着车辆总体性能要求的日益提高,冷却系统的设计难度与日俱增,冷却不充分已经成为影响车辆总体性能的重要问题之一。

冷却系统是发动机的重要组成部分，其匹配与调节能力直接影响到整车运行的经济性、可靠性、舒适性以及排放能力。

为了避免冷却系统的问题对整车总体性能所造成的负面影响,尽可能分别使冷却系统与整车之间以及冷却系统内各部件之间达到较好的匹配设计，分析发动机舱内外流场和温度场，对冷却系统进行优化设计是汽车生产企业值得关注的问题。

汽车发动机舱是一个半封闭的空间,舱内包括了冷却系统、发动机及进气排气系统、传动装置、空调以及液压设备等元件,结构布置非常紧凑。

发动机舱的各部件在结构、空间和能量传递上是相互关联的。

汽车运行时，由于某些部件的内部发热如发动机以及发动机舱与外部环境的换热，从而引起各部件之间的相互换热，导致发动机舱内各部件的温度分布有所不同。

发动机舱的某些部件，例如电子设备、控制电路或者控制器等，其稳定和可靠的工作对所处的温度和温度变化有着限定的要求。

汽车发动机舱散热效率直接影响汽车的动力性和燃油经济性,发动机舱内温度过高时,使得汽车的动力性和燃油经济性大大降低,若发动机舱温度太高,还可能造成发动机舱的自燃。

为了保证汽车运行稳定性和可靠性，需要对发动机舱各部件进行精心的布局与设计，以保证和提高汽车的性能和可靠性。

随着对汽车动力性、排放性能、经济性以及可靠性等方面要求的日益提高,汽车的发动机舱内元件变得越来越模块化,布置也越来越紧凑,这给发动机舱散热带来了更大的挑战，使汽车的散热问题成为国内外研究者关注的焦点之一。

在新车开发过程中,研究发动机舱的散热是一项重要的工作。

传统的实验测试要在原型车制造出来才能实施,开发周期长,成本高,所以在车身设计和发动机舱总布置过程中,进行发动机舱的散热情况分析,找出最恶劣的工况下,发动机舱温度最高的位置和影响因素,为车身定型和发动机舱总布置提供理论依据。

发动机舱散热的CFD研究

北京汽车0前言在汽车设计中，发动机散热问题十分重要。

发动机散热性能的好坏直接关系到汽车的寿命、性能，甚至会直接影响汽车能否正常行驶。

在传统的汽车设计过程中，由于汽车的发动机舱内部结构十分复杂，很难对汽车的发动机舱和汽车外部流动同时进行试验模拟，因此，其散热性能的评估往往采用经验或者是工程估算的方法。

随着计算机技术的发展而兴起的汽车计算流体力学（CFD ）具有限制条件少、信息丰富、成本低、周期短等显著特点，可以得到大量目前试验难以获得和解释的信息。

因此，利用CFD 技术处理汽车发动机舱内散热问题不失为一种有效的方法。

本文采用汽车表面和发动机舱内部内、外流场耦合计算数值模拟方法，应用多孔介质边界条件和散热器边界条件，建立了冷凝器、中冷器和散热水箱计算物理模型，结合中冷器和散热器风阻性能及风扇压降与速度关系，确定发动机舱计算模型边界条件。

分别对1挡最大功率点（48km/h ）和5挡最高车速（190km/h ）时发动机舱的流场和温度特性进行了研究。

1建立数学模型发动机舱内部结构十分复杂，存在着许多油、水、电管道和电缆。

对于如此复杂的发动机舱内部的流动计算问题，就目前国内外的CFD 水平，还无法对其进行完全真实形状数值模拟。

因此，在保证反映发动机舱内真实流动特性的前提下，需对真实形状进行简化，并建立计算所用的CAD 模型。

计算过程中，对于一些对流动影响不大的管道、电线等作了局部简化，用于数值模拟计算的几何模型如图1所示。

（a ）发动机舱内部几何模型（b ）汽车外部几何模型图1几何模型图1（a ）给出了所计算车型的发动机舱内的系统布局情况。

图1（b ）给出了所计算车型的汽文章编号：1002-4581（2009）04-0001-04发动机舱散热的CFD 研究唐因放Tang Yinfang（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545005）摘要：文中利用CFD 技术，采用汽车表面和发动机舱内部内、外流场耦合计算数值模拟方法，结合散热器和风扇的试验结果，对某型轿车处于不同工况下的发动机舱流场特性和温度场特性进行了研究，快速而准确地预测了发动机舱内的回流区和高温区的存在，为后续的优化设计提供了良好的指导方向。

汽车压缩机热害问题的CFD仿真优化及试验验证

图1 机舱网格模型图
图2 整车计算模型图
1.3 试验及仿真的边界条件
考察发动机舱内部件热保护能力的环境舱试验的工况为车速
图3 压缩机相对位置图
2.2 格栅开孔
考虑通过增加压缩机表面的对流换热来降低温度，希望通情形一正对压缩机的前格栅处开口，增加发动机舱的冷风图4 格栅开口正视图图5 格栅开口背视图
图6 原叶风扇，8叶图7 大风扇，7叶
图8 预催隔热罩形状及与压缩机的相对位置
2.6 更改预催隔热罩材料的属性
图10 压缩机最高温度分布
图9 优化后预催隔热罩形状
2.8 优化预催隔热罩同时下移压缩机
图11 压缩机周围流线分布图
综上所述：压缩机产生的热害问题主要是由预催辐射和流过排
气歧管气体的热传导造成的。

3.2 前格栅开口计算结果
3.3 更改大风扇的计算结果
图12 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图13 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图14 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图15 压缩机表面最高温度分布位置图图16 不同标尺下压缩机表面温度图17 压缩机温度分布云图和周围流线图
3.4 压缩机下移50mm计算结果
3.5 增加预催隔热罩的计算结果
压缩机的最高温度为如图15所示，在预催增加隔热罩后，压3.6 更改预催隔热罩材料属性
为了降低辐射效果，尝试通过改变预催隔热罩的材料属性，增
图18 压缩机温度分布图和周围流线图
表1 压缩机表面仿真分析的最高温度统计
情形一情形二情形三情形四情形五情形六情形七情形八热害试验。

基于CFD的某商用车发动机舱的改进设计

基于CFD的某商用车发动机舱的改进设计王露阳;王良模;邹小俊;谢桃新;张汤赟【摘要】为解决某商用车在夏季高温怠速工况下冷凝器温度偏高以及发动机舱整体热环境较差的问题,在有限元软件中,采用多孔介质模型和多重参考坐标系法简化换热器和风扇,建立了可用于热分析的CFD模型.运用CFD分析软件对发动机舱内流场与温度场的分布进行了数值模拟,同时考虑了热对流、热辐射对发动机舱热环境的影响,根据流场与温度场的仿真结果,确定机舱中热回流的位置以及形成发动机舱内的高温热害的原因,结合整个发动机舱的布局和考虑开发成本,提出了在冷凝器侧边增加阻流板以及冷凝器下端增加导流板的改进方案,并对改进方案进行仿真验证.结果表明:增加阻流板和导流板的改进方案可以有效减轻热回流现象,明显改善了发动机的散热环境.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】6页(P517-522)【关键词】发动机舱;计算流体动力学;流场;温度场;改进设计【作者】王露阳;王良模;邹小俊;谢桃新;张汤赟【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094;南京依维柯汽车有限公司,江苏南京210028;南京依维柯汽车有限公司,江苏南京210028;南京依维柯汽车有限公司,江苏南京210028【正文语种】中文【中图分类】U464汽车发动机舱内布置有进排气系统、传动系统、冷却系统、复杂的管路线束和发动机等高温热源.舱内复杂的元件布置导致了发动机舱散热困难.发动机舱内温度过高会加剧发动机的磨损,严重时还会引起自燃.近年来,随着人们对汽车动力性、舒适性以及安全性的要求越来越高,汽车发动机舱内的元件布置也越来越紧凑[1],这给发动机舱的散热带来了更大的挑战,因此发动机舱的散热问题在新车型开发过程中越来越被关注.文献[2]通过试验方法测量了不同风扇转速下发动机舱内各个冷却部件的对流换热情况和辐射的通量,研究了发动机舱的散热情况.文献[3]运用CFD方法通过耦合发动机冷却回路和空调回路研究了发动机舱整体传热过程和散热情况.国内的研究者主要通过内外流耦合的方法得到发动机舱内的流场与温度场分布.文献[4-5]分别对忽略辐射与考虑辐射2种情况进行了分析对比. 文献[6]通过三维与一维联合仿真的方法对后置式发动机舱散热问题进行了研究.笔者针对某商用车的原型车在怠速工况下暴露出的发动机舱温度偏高的问题,运用STAR-CCM+软件进行三维仿真,得到怠速工况下的流场与温度场分布情况,分析发动机舱内是否存在热回流、滞留现象以及高温热损害区域,找出产生热回流和高温区域的原因.根据具体原因提出改进方案,为样车的发动机舱布置提供参考依据.1 模型建立与数值计算1.1 换热器模型散热器、冷凝器、中冷器的内部都是复杂细密的翅片结构,要真实地捕捉其内部流动需要很小的网格尺寸,这将大大降低计算效率,也不符合工程应用的实际情况.热交换器在计算时只是用来模拟空气流过内部被加热的过程,而对于冷凝器和散热器则忽略内部冷却液流动及温度下降对流场和温度场的影响,只考虑单一流体(空气)对流场与温度场的影响.3种换热器本身的结构特性决定了冷却空气流过内部时会有一定的速度衰减和压力损失,从它们对速度场的影响的角度简化为具有一定阻尼和厚度的多孔介质薄膜;从它对温度场影响的角度将热交换器简单地看作是单一流体换热器,赋予一定的散热量.多孔介质模型的压降损失遵循Darcy定律[7]:=-(δi|v|+δj)va,(1)式中:Δp为压降;ΔL为多孔介质薄膜厚度;δi惯性阻尼系数;δj为黏性阻尼系数;va为空气流速.由散热器、冷凝器、中冷器气侧的台架试验数据,通过多项式拟合得到三者在流动方向上的δi和δj这2个系数来表征空气通过多孔介质模型的压力损失与阻尼作用.冷却模块气侧的流速与压降的关系如图1所示.图1 冷却部件迎面流速与压降的关系1.2 风扇模型计算流体力学中模拟风扇旋转效应的方法主要有3种,即旋转参考坐标系法(moving reference frame,MRF)、滑移网格法(rigid body)和风扇动量源法(fan momentum source).文中采用MRF法来模拟冷却风扇的旋转效应,MRF法的核心思想是将旋转区域单独分割开来设定局部坐标系,计算时网格并非真实运动而是通过旋转局部坐标系产生离心力和哥氏作用力从而达到风扇旋转的效果.在MRF模型中旋转坐标系与绝对坐标系之间的速度关系[5]为v=vr+ω×s,(2)式中:v为绝对速度矢量;vr为相对速度矢量;ω为旋转角速度矢量;s为相对矢量位置. 在保证工程计算精度的条件下,MRF法与其他2种方法相比具有简单、高效的优势.不同工况下只需设定参考坐标系的旋转角速度和方向就可以模拟风扇不同转速下的旋转效应.1.3 网格划分研究的重点是发动机舱内的空气流动与温度分布情况,因此,取车头部分为计算模型.机舱内的零件布置非常复杂,须对舱内部件做适当简化[8],忽略直径较小的管线,去除不重要的特征.简化后的机舱模型包括发动机及其附件、变速器、冷凝器、中冷器、散热器、风扇、蓄电池、进气系统、进气格栅、保险杠和轮胎等.由于采用了发动机舱内外流耦合计算的方法,为真实地模拟汽车在实际道路上行驶时机舱内的流动情况,需要添加外部计算域来模拟实际的外部环境.计算域采用规则的长方体,车前取4倍车长,车后取8倍车长,宽取5倍车宽,高取4倍车高.考虑到计算机的计算能力,同时为了提高计算效率、节省计算时间,对流动的重点区域,如进气格栅、冷却模块等部位进行局部加密,近壁面区域采用细密的网格以适用壁面函数来描述近壁面的流动情况,故在近壁面生成3层共3 mm的边界层网格,对其他区域则采用较大的网格尺寸.在空间区域生成trimmed六面体非结构化网格,体网格数量约1 100万个,发动机舱部分体网格如图2所示.图2 发动机舱部分体网格模型1.4 边界条件设定边界条件设定关系到整个流场能否收敛,是CFD分析中十分重要的一部分.发动机舱内的热流场主要由空气流动以及与发动机舱内的热源进行对流换热产生,因此计算中主要运用了流动边界和热边界2种边界条件,这2种边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值.1.4.1 流动边界条件计算中主要采用速度入口、压力出口和壁面3种流动边界条件,分别用于定义计算域的入口、出口和速度为0的边界[9].计算域的速度进口描述发动机前端来流方向上的空气流动,流动的速度设定为每个工况下对应的车速.由于流量守恒,因此将计算域的出口设置为压力出口,其值为相对于大气压的静压值.地面设置为无滑移壁面边界条件,以模拟气流与地面的摩擦作用,其他车身表面采用壁面边界条件.1.4.2 热边界条件发动机舱内热环境相对复杂,主要采用体积热源、温度壁面和热对流3种换热边界.计算中将前端冷却模块的3种换热器简化为具有一定阻尼的体积热源,赋予其一定的散热量.另外,发动机在工作时燃料燃烧产生大量的热量是形成机舱内热环境的另一重要原因,这些热源的温度辐射也必须重点考虑.发动机、变速器等发热体采用温度壁面的边界条件,试验中实际测得的发动机及变速器不同区域的温度值作为边界输入.1.5 数值计算该车的日常行驶车速都在100 km·h-1以下,空气流进发动机舱后经过各部件的阻碍作用,其流速远远小于声音的传播速度,空气在流动过程中密度几乎不变,所以在计算时可以把空气当作不可压缩流体处理[10].由于机舱内结构复杂,部件众多,空气在流动中容易形成大量的涡流,根据工程经验选用标准的k-ε方程湍流模型,流场计算采用分离式的压力修正法进行迭代计算.另外,发动机、涡轮增压器等发热部件的热辐射也是形成机舱热环境的重要原因,根据文献[4]的结论,忽略辐射作用会过高预测前端热空气的温度,所以在进行温度场计算时考虑这些高温热源的辐射作用.2 怠速工况下发动机舱的分析在怠速工况下,外界的空气流速接近于0,周围的环境温度设定为40 ℃,因此该工况条件下发动机舱内的空气流动主要由散热器后方的曲轴风扇旋转产生的抽吸作用而引发,机舱内大部分区域的流场速度较低,此时应重点分析该工况下是否存在热滞留和热回流现象.为了更加直观分析发动机舱内速度场和温度场分布情况,选取汽车纵向对称截面y=0 m和分别经过冷却模块、动力总成中部的z=0.3 m这2个截面进行分析.怠速工况时,y=0 m截面上的速度矢量和温度分布云图如图3所示，外界冷却空气在风扇的抽吸作用下主要经过前端中部的2个进气格栅进入机舱内,上部分气流经中冷器、散热器整流后再经过冷却风扇的加速作用将加热后的热空气吹向发动机上半部分,在风扇与发动机之间的区域形成了较强的涡流,造成了该区域热量集中的现象,温度相比其他区域也高一点;由于从风扇出口吹出去的气流主要沿着发动机前侧壁面向下运动,而流向发动机顶部的气流量较小,造成发动机顶端与发动机盖下方区域的空气在此处滞留,发动机的高温辐射对滞留的气流持续加热,因而这部分区域温度也较高.图3 怠速工况时,y=0 m截面上的速度矢量和温度分布云图中下部分的气流则经过冷凝器、散热器冷却风扇,将热空气吹向发动机缸体部分,该部分热气流在经过发动机缸体壁面的撞击后沿着壁面向下流动,热气流比较密集,表现为局部的热量堆积.此外,在散热器出风口与风扇护风罩下部区域之间也存在涡流现象,造成了冷凝器下端出现了高温热害,最高温度达到了120 ℃左右,严重影响了冷凝器的散热性能,这与原型车在怠速工况下暴露出来的问题相符合.热空气的回流加上散热器的热辐射是造成冷凝器下端高温出现的主要原因.风扇中间区域由于该部分气流流速明显高于周围气流的流速,这部分气流带走了大部分前端冷却模块散发的热量,相应地,该部分的温度也高一些.从图3b可以看出,y=0 m对称截面的温度分布云图显示前保险杠内的温度明显高于其周围环境温度,说明在前保险杠内这块区域出现了热量聚集的现象.怠速工况时,z=0.3 m截面上的速度矢量和温度分布云图如图4所示.从图4a可以看出:冷却空气经过风扇之后向发动机左右两侧的扩散呈不对称分布,发动机右侧的气流速度高于左侧区域的气流速度,因此左侧区域的温度也低于右侧区域的温度;经过风扇加速后的热气流被吹向发动机前侧壁面,部分气流受到发动机壁面撞击后又回流到前端冷却模块的左侧造成了二次加热,因此冷却模块左侧区域的温度要明显高于右侧区域,并在冷凝器的左端形成了高温热害.图4 怠速工况时,z=0.3 m截面上的速度矢量和温度分布云图3 改进方案及方案验证3.1 改进方案怠速工况下发动机舱冷却模块周围存在严重的涡流、回流以及高温辐射现象,机舱整体环境温度偏高.为改善发动机前端冷却模块的散热效果,对原型车发动机舱的结构进行如下改进: ① 在冷凝器和散热器下端增加导流板,提高下方进风面的进气量同时减少冷凝器下方的热空气回流; ② 散热器左侧增加阻流板,防止被发动机壁面撞击的气流回流到散热器和冷凝器左侧.按照相同的参数设置计算条件,重新计算分析结构改动对冷却模块散热产生的影响.计算结果表明单独采用任何一种方法对改善散热效果比较有限.综合考虑成本和发动机舱内的空间布局等条件,采取2种方法相结合的改进方案:在散热器和冷凝器左右两侧增加阻流板,同时在冷凝器下部增加导流板.导流板的作用一方面阻挡从冷凝器下端回流到前方的热空气,另一方面用来增加冷凝器和散热器的进气量,改善其散热效果.3.2 改进方案验证改进设计与原设计方案对比如图5所示.由于其他工况下机舱整体热环境较好,故以下的方案验证只针对问题较为严重的怠速工况,通过分析改进结构后的舱内流场与温度场的分布来验证改进方案对怠速工况下机舱散热性能的影响,得到的速度与温度分布分别如图6,7所示.图5 方案对比图6 改进方案,怠速工况时,y=0 m截面上的速度矢量和温度分布云图图7 改进方案,怠速工况时,z=0.3 m截面上的速度矢量和温度分布云图从图6,7可以看出: 在冷却模块下端增加导流板以及侧边增加阻流板以后,有效阻止了被加热的空气再次回流到冷却模块的下方和侧边,消除了冷凝器左端的高温热害现象.对比分析图3,4,6,7的温度云图可以发现，冷却模块的高温区域的面积明显缩小,温度下降也比较明显,说明导流板的作用很明显.从冷却模块的进出气面的温度及进气流量的角度分析可知,增加阻流板与导流板对改善冷凝器和散热器的散热特性效果十分明显.怠速工况下2种方案的散热特性比较如表1所示,冷凝器的进出气面温度分别下降了14.1,16.2 ℃,下降幅度分别为20.9%,17.1%.散热器的进出气面温度则分别下降了12.1,13.0 ℃,下降幅度分别为14.5%,13.8%.改进结构在减少热空气回流到冷却模块前端的同时增加了外界冷却空气进入冷却模块的流量.怠速工况下2种方案进气流量比较如表2所示,与原型车相比,增加阻流板和导流板后冷凝器、中冷器以及散热器的进气量分别增加了8.7%,9.1%,10.4%.进气量增加意味着冷却空气可以带走更多的热量,所以冷却模块的散热功率也会相应增加,可以有效改善冷却模块的散热性能以及机舱整体散热环境.表1 怠速工况下2种方案的散热特性比较方案冷凝器中冷器散热器入口平均温度/℃出口平均温度/℃入口平均温度/℃出口平均温度/℃入口平均温度/℃出口平均温度/℃原型车67.295.045.882.983.194.2改进型53.178.842.075.671.081.2降幅/%20.917.18.38.814.513.8表2 怠速工况下2种方案进气流量比较方案冷凝器入口进气流量/(kg·s-1)中冷器入口进气流量/(kg·s-1)散热器入口进气流量/(kg·s-1)原型车0.230.110.48改进型0.250.120.53增幅/%8.79.110.44 结论怠速工况下机舱内的空气流动主要由风扇的抽吸作用而引发,此时热空气回流并对冷却模块进行循环加热是造成该工况下发动舱温度偏高的主要原因；在冷却模块侧边增加阻流板可以有效阻断热空气从发动机壁面回流到冷却模块左端,避免了热空气对其循环加热,从而解决了发动机舱温度偏高的问题；冷却模块下端的导流板一方面起到了阻断从保险杠下部回流到冷凝器前端的热空气,另一方面起到了增加冷凝器与散热器进气量的作用,改善了两者的散热性能.参考文献(References)【相关文献】[ 1 ] 袁侠义, 谷正气, 杨易,等. 汽车发动机舱散热的数值仿真分析[J]. 汽车工程, 2009, 31(9):843-847.YUAN X Y, GU Z Q, YANG Y, et al. Numerical si-mulation on vehicle underhood cooling[J]. Automotive Engineering, 2009,31(9):843-847.(in Chinese)[ 2 ] KHALED M, MANGI F, HAGE H E, et al. Fan air flow analysis and heat transfer enhancement of vehicle underhood cooling system:towards a new control approach for fuel consumption reduction[J]. Applied Energy, 2012, 91(1):439-450.[ 3 ] LU P, GAO Q, WANG Y. The simulation methods based on 1D/3D collaborative computing for the vehicle integrated thermal management[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 104:42-53.[ 4 ] 肖国权, 杨志刚. 轿车发动机舱内流动与散热特性数值研究[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2010, 34(6):1133-1137.XIAO G Q,YANG Z G. Simulation on vehicle underhood thermal management system[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering), 2010,34(6):1133-1137. (in Chinese)[ 5 ] 胡文成, 王良模, 邹小俊,等. 卡车发动机舱内流动和散热特性数值分析[J]. 机械设计与制造, 2014(4):168-171.HU W C, WANG L M, ZOU X J, et al. Numerical analysis on truck underhood internal flow and thermal dissipation and design improvement[J]. Machinery Design & Manufacture, 2014(4):168-171. (in Chinese)[ 6 ] 任承钦, 蔡德宏, 刘敬平,等. 汽车发动机舱散热性能实验及数值研究[J]. 湖南大学学报(自然科学版), 2012, 39(4):37-41.REN C Q, CAI D H, LIU J P, et al. Experimental and numerical study of the cooling performance of automobile engine cabin[J]. Journal of Hunan University(Natural Science), 2012, 39(4):37-41. (in Chinese)[ 7 ] NIMTAN R, DOOST A K, MADANI N. Simulation of air flow under the hood of a passenger car using computational fluid dynamics[J]. Research Journal of Applied Sciences,Engineering & Technology, 2013, 6(24):4583-4594.[ 8 ] OU J J, LI L F, CUI T, et al. Application of field sy-nergy principle to analysis of flow field in underhood of LPG bus[J]. Computers & Fluids, 2014, 103:186-192.[ 9 ] 姚仁太, 郭栋鹏. 计算流体力学基础与STAR-CD工程应用[M]. 北京:国防工业出版社, 2015.[10] WANG G, GAO Q, ZHANG T, et al. A simulation approach of under-hood thermal management[J]. Advances in Engineering Software, 2016, 100:43-52.。

基于CFD方法的MW级风力机机舱内部温度场分析与研究

2.2 计算结果
2.2.1 温度场分布
机舱内部温度场分布见图9，X 为所取截面到机舱前端的距离，共取4个截面。
从图9 可以清楚地看到机舱内部温度场的分布。图9（c）显示在发电机和齿轮箱中间部位，虽然此处靠近进风口，但是此处仍出现了局部高温区；图9（d）显示在机舱尾部地区也出现了高温区，此处平均温度大概高于进气温度8°～10°，主要是由于排风口均位于机舱的中前部，机舱尾部空气流通性较差，而且此处靠近发电机，因此此处温度较高。
控制方程为雷诺时均N-S方程，湍流模型为S-A模型。
边界条件如下。进口边界：方形进气口给定来流静温35°（风场某天气温），静压101 325Pa，速度为4.23m/s；出口边界：齿轮箱风扇、发电机风扇，分别给定质量流量5.7kg/s、5kg/s；固壁边界：齿轮箱风扇导风筒温度50°，发电机风扇导风筒温度50°，控制柜温度50°，发电机温度85°，齿轮箱温度75°。收敛准则：总体残差下降到10-5量级，进出口质量流量误差小于2%，同时监控点温度不再随时间变化，则计算收敛。
图2 Y=0.52m截面，速度随X方向变化图
图3 X=0.52m截面，速度随Y方向变化图
图4和图5分别给出了二维方腔内速度的分布云图和速度矢量图，结合这两幅图可以看，这主要是由于进口处的冷空气下行，同时底端高温壁面使底部空气受热向上运动，随着冷热空气的混合，方腔内空气开始顺时针旋转[3]。
本文采用CFD 计算的方法对某整机厂家1.5MW 机舱内部温度场的分布进行了模拟。在对机舱温度场模拟之前，先选取一个带有实验数据的二维方腔为算例，通过比较CFD 值和实验值的结果，确定计算工具和计算方法的可靠性，为机舱温度分布的计算提高依据，同时也为机舱内部的散热方式提供合理化的建议[2]。
1 二维方腔混合对流换热分析

应用CFD方法改善发动机舱散热性能

［ｂｔａｔＡｍｉｇａｔｅｐｏｌｆｎｅｈｏｖｒｅｔｎａｖｈｃｔｄｉｇｄ，ＤｓｕａｏｎｔｅＡｓｒｃ］ｉｎｔｈｒｅｏｕｄｒｏｄｏｅｈａｉｅｉｅａｉｌｅａ３ｉｌｉｎｏｂｍｌｎｍｏｍｔｈ
动机的动力性、燃油经济性和可靠性变坏；部温局度过高还会导致橡胶条或电线软化，至引起自燃。甚因此研究发动机舱内的流动状况十分必要Ｊ。某轿车在怠速工况下发动机舱整体温度偏高，需要进行改进。本文中首先针对原车型进行数值分析，现该车型温度过高的问题，后提出了改进的发然
１Ｓｈｏｏｃａｉｌｎｉｅｒｇ，ｅａｏａｏｆｒｏｅｃｉｒｎｎｉｅｒｇｏｎ．ｃｏｌｆＭｅｈｎｃｇｎｅｎＫｙＬｂｒｔｒｏｗｒａＥｉｙＰＭａｈｎｙａｄＥｇｎｅｉｅｎｆＭｏｄｃｔｎｆＥｕａｉｏ
ａｒｆｏｉｎｉｅｃｍｐｒｍｅｓｃｒｉｄｏｔｂｓｎＤｏｔｒｌｅｔＦｏｔｉｕａｉｎｒｓｌｆｖｌｃｔｉｗｎｅｇｎｏａｔｎｔｉａｒｅｕｙｕｉｇＣＦｓｆｗａｅＦｕｎ．ｒｍｈｅｓｍｌｔｏｅｕｔｏｅｏｉｙｌｓ
维仿真。从仿真结果的速度和温度分布，发现冷却气体回流是导致发动机舱过热的根本原因。据此提出添加阻风板的改进方案，以有效地改善该车型发动机舱内冷却气体的流动，解决了舱内温度过高的问题。
关键词：动机舱；热；值模拟；算流体动力学发散数计

东风柳州-汽车发动机舱热管理的CFD技术应用_张德军

·制造业信息化·MPV Model Engine Hot Management Design Based on CFD TechniqueZHANG De-Jun ，WANG Wen-Yong（Technology Center,Dongfeng Liuzhou Motor Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi 545007,China ）Abstract ：CFD numerical value simulate method have been abroad used in vehicle design.This paper use MPV model engine room high temperature as example,apply Hypermesh pre-process and Fluent software to simulate engine room gas flow,better achieve engine room hot management,solve the engine's high water phenomenon.Key words:engine hot management ；CFD ；numerical value simulate method ；high temperature0引言世界各汽车生产厂家基于开发更节能和更高性能的汽车的要求，将原本主要应用于航空航天的风洞技术引入汽车设计当中，使汽车空气动力学研究得到迅速发展。

我国的汽车工业长期以来一直落后于汽车工业发达国家，在汽车技术方面也与欧美日等国存在很大差距。

最近几年随着我国汽车工业的快速发展，在汽车技术方面也取得了较大的进步，但汽车空气动力学分析始终是我国进行汽车自主研发的瓶颈之一。

我国在汽车空气动力学方面的研究起步较晚，但目前国内很多科研机构都致力于这方面的研究。

08-某款轿车发动机舱热管理分析

某轿车发动机舱热管理模拟分析Underhood Thermal Management Simulation of aPassenger Vehicle王小碧陈皓王伟民史建鹏（东风汽车公司技术中心，武汉 430056）摘要：本文应用STAR-CCM+软件对某款轿车发动机舱内的流场和温度场进行分析，计算提供了发动机舱流动和换热细节，为自主品牌汽车发动机舱布置和冷却系统改进，积累了分析经验。

与试验的对比分析，分析方法基本满足工程需要，验证了发动机舱热管理分析方法的有效性和可行性。

关键词：CFD 汽车发动机舱 STAR-CCM+ 热管理Abstract:Numerical simulation of underhood thermal management was carried out by using STAR-CCM+. We can understand the optimization direction of the underhood layout and performance improvement of the vehicle cooling system from simulation results. Through the underhood thermal analysis, engineering experiences have been accumulated to guide the establishment of CFD analysis workflow and standard, which contributes a lot to the development of self-owned brand. The simulation results have been compared with the experimental results, and good agreement between them can be shown, so this simulation method is effective and feasible.Key words: CFD Vehicle Underhood STAR-CCM+ Thermal management1 前言在汽车行业中，发动机舱散热一直是一个研究的重点。

某SUV车型发动机舱CFD仿真计算与优化

某SUV车型发动机舱CFD仿真计算与优化随着汽车技术的不断发展，CFD仿真计算成为汽车研发过程中不可或缺的一部分。

在这篇文章中，我们将介绍某款SUV 车型发动机舱CFD仿真计算与优化的案例。

首先，我们通过计算流体力学(CFD)分析车辆的空气动力学性能。

通过分析车辆外形和风道结构，我们可以制作车辆的CFD模型，并将该模型导入CFD程序进行计算。

在计算过程中，我们的目标是获得车辆的风阻力系数和空气动力学性能参数，如风力矩和升力。

当我们获得了汽车的CFD计算结果后，我们可以根据这些结果来对发动机舱进行改进。

例如，我们可以考虑对发动机散热器的位置和结构进行优化，以提高其冷却效果。

我们也可以对空气进气管和排气管进行优化，以提高进气和排气效率，从而提高发动机的性能和燃油效率。

在优化发动机舱的过程中，我们还需要考虑到发动机和车辆的整体设计和布局。

例如，我们需要确保优化后的发动机舱既能够满足发动机的冷却需求，又能够与车辆的空气动力学设计相协调。

此外，我们还需要考虑优化后的发动机舱是否能够实现生产和制造的可行性。

最终，通过CFD仿真计算和优化，我们可以在不进行实际物理测试的情况下快速改进车辆的设计和性能。

这不仅可以节省时间和成本，还可以提高车辆的竞争力并满足客户的需求。

因此，CFD仿真计算和优化已经成为汽车研发过程中不可或缺的一部分。

除了优化发动机舱，CFD仿真计算还可以应用于车辆的气动外形设计、制动系统优化、车内气流分析等方面。

例如，在车辆的气动外形设计中，我们可以使用CFD仿真计算来预测车辆在不同速度下的风阻力系数和升力，从而优化车辆外形设计，提高车辆的空气动力学性能。

在制动系统优化方面，我们可以使用CFD仿真计算来模拟刹车鼓或刹车盘在制动时产生的高温、气流和热应力等因素，以评估制动系统的性能和耐久性，并优化制动系统的设计。

此外，在车内气流分析方面，我们可以使用CFD仿真计算来模拟车辆内部的气流分布和循环，从而优化车内气流设计，提高车辆内部的舒适性和空气质量。

大型飞机气动设计中的CFD技术

大型飞机气动设计中的CFD技术newmaker 来源：航空制造技术近30多年来计算机和CFD计算方法的迅速发展，CFD取得了很大的成就。

今天，以数值求解Euler方程和RANS方程为代表的CFD技术已经广泛应用到航空、航天、船舶、武器装备等领域，取得了令人瞩目的成就，日益展现出它蓬勃的活力和发展的潜力。

在航空航天等领域，CFD革命性地改变了传统的空气动力学研究和设计方法，推动了这些领域的技术进步。

由于CFD在节省研制费用、缩短研制周期、实现研制数字化自动化、提高研制质量等方面的优势，越来越多的人认为未来飞行器性能的确定，将依赖于在“虚拟风洞”（CFD）数据基础上产生的“虚拟飞行”，这将是飞行器研制的主要发展方向。

美国NASA在20世纪90年代的20项关键技术中CFD技术被列为第8项,属最优先发展的技术领域。

今天的CFD 已经成为飞机、导弹、飞船等航空航天飞行器研制中一种主要的气动分析和设计工具。

CFD 以其快速、经济、高效、适用面广、约束少、数据详尽、容易实现数字化和自动化设计等特有的优势改变了传统的气动设计方法，成为航空航天飞行器研制中无可替代的有力工具。

在我国，CFD研究及其应用也得到了迅速的发展。

目前，CFD在我国航空航天领域的现状是：（1）CFD已经得到普遍的认可，成为型号设计部门的常规手段，在大多数型号单位成为主要的气动设计手段，风洞试验成为后期的确认性工作；（2）一般情况下，CFD精度可以满足工程要求，型号部门大都购买了商业CFD软件，但使用者的水平需要进一步提高;（3）商业CFD软件具有功能全面、使用方便、技术服务好等优点，但这些商业软件的性能低，如计算精度、计算效率、可靠性均较差。

西方大国的先进CFD软件是禁止向我国出口的，如CFL3D、USM3D等NASA发展的著名CFD软件；（4）计算周期大大缩短，常规CFD任务可以在一周至数周内完成，复杂任务可以在数周至数月内完成。

基于CFD在我国航空航天领域应用的现状，本文主要论述大型飞机气动设计中的CFD技术。

基于CFD的轿车发动机舱前端流场优化

基于CFD的轿车发动机舱前端流场优化戴澍凯;周贤杰【摘要】为解决流场中的问题,采用CFD方法,对某汽车发动机舱内的前端局部流场进行分析,包括:机舱前端设计不合理,存在漏风、热气回流等.基于CFD的分析结果,有针对性地提出了多个优化方案,对前端模块,风扇进行重新设计,并增设导流板,解决了上述问题,提高了冷却模块的流量.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】3页(P7-9)【关键词】发动机舱;流场;CFD【作者】戴澍凯;周贤杰【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州510000;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州510000【正文语种】中文【中图分类】TH1231 引言乘用车发动机舱流场合理与否关乎机舱内部件的热负荷以及冷却系统性能。

对于前置空冷散热器、冷凝器的车型，怠速工况下容易出现“热气回流”，导致空调、发动机冷却系统效率降低。

此外，由于机舱布置和前端设计不合理，也会使进入发动机舱的冷却气流存在未被利用便直接排走的问题，或是存在涡流死区，不利于热气流排出，造成机舱内局部过热。

因此，如何合理组织发动机舱内的流场，改善发动机舱散热成为考验整车企业设计能力的重要指标。

传统试验很难清晰描述“热气回流”形成原因，无法捕捉机舱流场形态，难以有效解决问题且试验周期长、成本高。

近年随着计算流体力学(CFD)技术在汽车领域应用发展，对于发动机舱内流场的仿真技术也日趋成熟。

通过采用流体计算软件STAR－CCM+，对某车型机舱流场进行数值模拟，分析其发动机舱内的流场，优化发动机舱前端设计，实现改善发动机舱气流组织以及增加冷却模块的空气流量的目的。

2 汽车内流场模拟的模型汽车内外流场气流速度远低于声速，其马赫数远小于1，通常可视作黏性不可压缩流动。

三维流场计算通过求解连续性方程、动量方程和湍流方程，得到流体在空间内的速度、压力、温度分布等信息。

基于CFD的涡扇发动机推阻分解方法及应用

基于CFD的涡扇发动机推阻分解方法及应用张宇飞;陈海昕;方晓明【摘要】瞄准民用航空发动机的动力短舱的推阻分解问题,应用基于计算流体力学的方法进行推力与阻力的计算.首先对动力短舱进行控制体受力分析,明确各项气动力的计算方法,然后采用三个验证算例对推阻分解方法进行应用验证:NACA 1-85-75进气道算例表明,该方法能够很好地计算进气道的溢流阻力,计算结果与试验符合较好;DSFR双涵道喷管算例显示该方法对喷管速度系数的计算误差大约为0.003～0.004左右,有良好的预测效果;最后采用NAL-AERO-02-01 TPS短舱算例演示和验证推阻分解过程,并应用该方法排除了喷管阻力的影响,分析了短舱外阻随马赫数的变化趋势.%This paper focuses on the thrust and drag determination of the powered-on nacelle of civil airplanes.The thrust-drag bookkeeping method based on computational fluid dynamics is used to compute the thrust and drag.First,the control volume analysis of a powered-on nacelle is applied to study the computation methods for each force component.Then three test cases are numerically investigated to demonstrate the thrust-drag bookkeeping process and accuracy.The NACA 1-85-75 inlet test case shows that the present method has reasonable accuracy on the inlet spillage drag.The computation results agree well with the experimental data.The DSFR nozzle from the propulsion aerodynamics workshop 2 is used to test the prediction precision on nozzle performance.The results show that the present computation method is well validated.The deviation between the computation result and experimental data is 0.003 to 0.004.The NAL-AERO-02-01 TPS nacelle caseis adopted to demonstrate the process of the thrust-drag bookkeeping process.With the bookkeeping method, the nacelle drag variation with Mach number is revealed and associated with the flow phenomena on the nacelle.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】10页(P470-479)【关键词】推阻分解;溢流阻力;速度系数;涡轮动力模拟器【作者】张宇飞;陈海昕;方晓明【作者单位】清华大学航天航空学院,北京 100084;清华大学航天航空学院,北京100084;清华大学航天航空学院,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】O351.2;V211.30 引言现代飞机的设计和制造日趋精细化，研制过程强烈依赖于多家制造商的分工协作。