基于FLUENT的汽车燃油箱热害分析及优化

李盈盈，胡杰，刘聪聪

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）



基于FLUENT的汽车燃油箱热害分析及优化

李盈盈，胡杰，刘聪聪

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：针对某轻卡燃油箱在热害试验过程中出现燃油箱表面温度过高的问题，对燃油箱进行结构、位置等原因分析。基于FLUENT模型，对燃油箱在各个工况点下进行热流场仿真分析，在温度超标的位置添加隔热罩，保证油箱表面的温度在设计要求之内，并对添加隔热罩后的油箱进行热流场仿真分析和试验验证。结果表明，添加隔热罩后的油箱，满足整车的热害要求。通过分析，为今后的产品开发提供有效借鉴。

关键词：燃油箱；隔热罩；CAE分析；优化设计

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

燃油箱是汽车上重要配置的零部件之一，用以贮存燃油[1-3]。普通汽车具有一个燃油箱，一般油箱的储备里程，即贮存的燃油可行驶的里程为200-600km，在货车上，油箱通常装在车架外侧、驾驶室座位下或货台下面，而轿车的油箱则装在车身的后部。燃油箱作为汽车关键件，在设计过程中对其热害风险需要格外关注。

1、初始结构及存在问题

根据整车布置要求的不用，通常燃油箱分为安装在车架外侧和车架外侧两种情况，根据油箱材料的不同，可以分为铁油箱和塑料油箱等，在该轻卡车型中，燃油箱为塑料油箱，布置在车架的内侧，具体布置方式见图1所示。

图1　油箱布置位置示意图

燃油箱通过固定扎带安装在车架内侧。排气管在也在车架内侧，油箱与排气管的最小间隙为105mm，柴油机的排气温度在600℃以上，油箱和排气管的距离较近，存在较大热害风险。油箱与排气管的相对位置如图2所示。

图2　油箱与排气管相对位置

整车热害试验，对燃油箱表面温度进行测量。试验结果如图3所示，燃油箱表面平均温度在80℃以上，最温度为87℃。高于燃油箱的最高使用温度70℃。本文应用Fluent热流场分析的方法，对燃油箱表面温度进行仿真分析，找出热害点的位置，并给出改进意见。

图3　油箱表面温度

2、FLUENT模型建立

2.1 有限元网格划分

对如图所示的整车进行网格划分[4]，计算网格总量10757126个。

图4

2.2 CAE输入及假设

分析工况包含：

——爬坡工况、功率点工况、扭矩点工况、高速工况，对应车速为60km/h，81km/h，112km/h，130km/h。

——不同工况下散热器的出风温度由一维/三维耦合分析结果获得。

——根据发动机及排气系统的实测温度，对发动机及增压器的表面温度进行发动机体及涡轮增压器、排气歧管的温度设定。

——环境温度41度。

表1　发动机各部件温度

3、分析结果

在行驶过程中，燃油箱受到前方热空气及排气管的影响，会在油箱表面产生高温。分析结果如图5所示：

图5

通过以上分析，在爬坡、扭矩点、功率点、高速工况时，燃油箱表面温度分别为87℃、82℃、83℃、80℃。通常燃油箱表面要求70摄氏度以下，在上述四个工况油箱表面温度都已超标，油箱存在热害的风险。

4、改进方案并计算

为保证燃油箱的温度在设计要求之内，需要在排气系统与燃油箱之间安装隔热罩，隔热罩的设计以遮挡住高温区域为主，如图6中蓝色框的范围。

图6　隔热罩添加位置

改进方案：

（1）存在热害风险的位置，添加隔热罩，降低燃油箱温度。

（2）优化隔热罩的结构及材料，隔热罩材料使用纯铝1050A。

图7　改进方案

对改进后方案进行分析：

图8　优化后燃油箱表面温度云图

添加油箱隔热罩后，在爬坡工况下对燃油箱表面温度进行分析，燃油箱的最高温度在68℃，符合要求。

对优化后的油箱进行热害试验，试验结果如图9所示，燃油箱表面的最高温度为69℃，符合设计要求。

图9　优化后油箱表面温度

5、结束语

针对某车型燃油箱的热害问题，本文通过FLUENT热流场分析的方法找到问题发生的根本原因。并根据产生原因制定整改措施，通过添加隔热罩的方法，解决了燃油箱的热害问题。最后，通过试验对理论分析数据进行了验证。

参考文献

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社，2009.

[2] 武田信之.载货汽车设计[M].方泳龙译.北京:人民交通出版社, 1997.

[3] 余志生.汽车理论[M].第5版.北京:机械工业出版社,2009.

[4] 于勇.Fluent入门与进阶教程[M].北京：北京理工大学出版社,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

作者简介：李盈盈，底盘设计工程师，就职于江淮汽车股份有限公司技术中心，主要研究方向为发动机动力匹配。

中图分类号：U467.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-29-03