排气管周围温度场分析

王国强，刘杰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

排气管周围温度场分析

王国强，刘杰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

在辐射、对流等多重因素影响下，排气管周围的温度场比较复杂。在高温环境下会对管线的耐久性和可靠性带来一定的影响。文章通过对排气管周围温度场的模拟，希望能在管线布置、材料选型、热防护方面提供参考。

排气管；辐射；温度场

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-86-02

前言

卡车的设备越来越多，结构越来越紧凑，如何更好的利用空间，保证管线的合理布局，特别是在高温部件周围，以及如何采取隔热措施，保证管线的可靠性和耐久性，都是需要谨慎对待的问题。

本文通过对排气管周围温度场的模拟分析，为空间的合理利用及管线的布置提供参考。

1、模型简介

图1 排气管及周围部件

2、模拟方法

排气管周围温度场的模拟涉及到以下几个方面：

1）排气管内的流场和温度场分布，图2所示；

2）排气管周边的流场分布及强制对流换热；

3）排气管壁内的热传导，图3所示；

图2 排气管内部空间示意图

图3 排气管实体图

4）排气管外壁的热辐射及与周围流场的热交换。

由于在特定工况下，排气管内外部流动稳定，故排气管外壁温度可认为是稳定的。

本文采用两个步骤来进行分析：

1）通过Co-Simulation分析确定内部流场、内部温度场、排气管壁内的温度分布、管壁

的温度布；

2）提取管壁的温度数据，结合排气管周边流场,通过热传导和辐射的共同作用确定其温度分布情况。

3、模型的设定

本文分三个部分对模型进行设定，分别为排气管内、排气管、排气管外。

排气管内：流动状态为稳态；进口为Mass Flow Inlet边界，流量为800Kg/h，进口温度为550℃；出口为Pressure Outlet边界，出口压力为标准大气压；模型分析采用k-ω湍流模型，湍流强度为0.03，特征尺度为0.1m；计算模型选择为Segregated Fluid Enthalpy。

排气管：采用非稳态模拟壁面内的热传导，外壁面初始温度设置为300K，内壁面为与排气管内流动的相关性壁面条件；计算模型选择为Segregated Solid Energy。

排气管外：排气管外部流场的模拟，进口为Velocity Inlet，速度为15km/h，出口为Pressure Outlet边界，出口压力为标准大气压。模型分析采用k-ω湍流模型，湍流强度为0.033，湍动粘度比为449；计算模型选择为Segregated Fluid Enthalpy、Surface-to-Surface Radiation、Gray Thermal Radia -tion。

4、分析结果

通过Co-Simulation，将排气管内的温度场作为排气管本体的初始条件，重复迭代，得到排气管本体的温度场分布。从图5可以看出，高温区域分布在排气管内部结构处，表面最高温度在400℃左右。排气管外壁的温度场将作为排气管周围温度场计算的初始条件来模拟辐射和热传导的作用。

图4 排气管内流场温度分布图

图5 排气管本体温度分布图

图6 排气管本体温度分布图

从图7和图8可以看出，A、B、C三个区域温度较高，辐射强度大，在对应位置的车架上有相应的高温区域，局部可达到100℃以上；排气管出口管的温度也较高，对气瓶紧邻出口管的一侧也有较大的影响；在隔热板位置，排气管对应位置温度不高，未起到明显的作用。

图7 排气管周围部件的温度分布一

图8 排气管周围部件的温度分布二

5、结论

1）在车架的高温位置不便布置管路或线缆，或进行隔热处理后再进行布设；

2）调整隔热板的位置以起到隔绝蓄电池箱和气瓶的热辐射效果。

[1] 杨世铭,陶文铨. 传热学.高等教育出版社.2006.8

[2] STAR-CCM+帮助文档.

Ambient Temperature Field Analysis of Exhaust Pipe

Wang Guoqiang, Liu Jie
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Under the influence of multiple factors such as radiation and convection, the temperature field around the exhaust pipe is more complicated. In the high temperature environment, it will have a certain impact on the durability and reliability of pipelines. In this paper, through the simulation of the temperature field around the exhaust pipe, hope to find the pipeline layout、material selection and thermal protection to provide a reference.

exhaust pipe; radiation; temperature field

U461.9

A

1671-7988 (2017)05-86-02

王国强，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，研究方向为汽车气动与热管理分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.028