某SUV前端模块布置选型分析与研究

陈帆

摘 要：某SUV在热平衡试验中，中冷散热器出气温度超标。经排查，现有前端模块布置型式为“三明治”结构，即冷凝器—中冷散热器—散热器。由于中冷散热器布置在冷凝器后，受冷凝器出风温度高的影响，中冷出气温度难以保证。优化方案通过调整前端模块布置型式，然后使用一维和三维软件联合仿真，验证优化方案可使中冷出气温度降低。

关键词：前端模块;中冷散热器;出气温度高;联合仿真

Abstract： In the heat balance test of an SUV， the outlet temperature of intercooler radiator exceeded the standard. According to the investigation， layout form of the existing FEM is "sandwich" structure，that means condenser-intercooler radiator- radiator. Since the intercooler is arranged behind the condenser， it is difficult to guarantee the air temperature of intercooler due to the high temperature of the condenser. By adjusting the layout of FEM， and then using the joint simulation of 1d and 3d software， the optimization scheme is verified to reduce the temperature of the outlet gas.

引言

熱平衡性能作为整车性能开发的一项关键指标，对整车动力性、经济性能否达标起重要作用。影响热平衡性能的主要因素有散热器和风扇性能、进风面积、前端模块的布置。本文利用flowmaster和star-ccm+联合仿真，分析并优化某车前端模块的布置，最终解决热平衡性能不足的问题。

1 现有方案介绍

本文中SUV前端模块布置，目前采用“三明治”结构，即从进气格栅开始，按冷凝器-中冷散热器-散热器-风扇顺序排列，四者Z向高度基本一致。“三明治结构”如图1示。

在某次热平衡试验中，采集到的中冷散热器出气温度高，超出设计目标值，需做优化调整。试验结果如表1示。

2 优化方案说明

针对该SUV中冷出气温度超标问题，通过排查中冷散热器性能、风扇性能和前端模块布置，最终选择优化前端模块的布置型式。优化后前端模块布置如图2示。

优化方案将中冷散热器布置在冷凝器下端（简称上下式），一方面避免了冷凝器后出风温度高的影响，另一方面中冷器可以直接吹到环境风，有利于降低出气温度。

3 优化方案验证

3.1 CFD模型建立

将优化方案进行三维建模，然后导入star-ccm+建立CFD仿真模型，计算热平衡工况下的进风量。CFD仿真模型如图3示。

3.2 CFD计算结果

通过star-ccm+计算出不同车速下的中冷散热器进风量，如表2示。

从表中可以看出，随着车速增加，中冷散热器进风量在增加，且风扇开启后进风量随之增大。

3.3 一维模型建立

通过在flowmaster搭建前端模块的一维仿真模型，将CFD模型计算出的风量导入一维模型，分别计算稳态工况和瞬态工况下中冷器出气温度，并同时对比了优化前试验值和仿真值，验证了模型的精度。一维仿真模型如图4示。

3.4 一维仿真结果

表3为一维稳态（即热平衡工况）仿真结果。首先，从优化前结果可以看出搭建的一维模型精度较高，试验值与仿真值基本一样。其次，优化方案的出气温度大幅减小，证明优化方案是有效的。

但随着车速增加，优化后出气温度降幅较大，温度明显低于优化前的出气温度。

4 结论

本文通过优化前端模块布置型式，用于解决某SUV热平衡性能不达标的问题。主要调整了中冷散热器的位置，将原先布置在冷凝器后方的中冷器，调整布置到冷凝器下方。仿真结果表明：

（1）稳态工况：优化方案的中冷散热器出气温度明显低于优化前的出气温度。

（2）瞬态工况：优化方案的中冷散热器出气温度随着车速增加，明显小于优化前的出气温度。

通过本文得出的解决整车热平衡问题的方法，对同类型整车热平衡性能开发具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] flowmaster软件参考文档.

[2] 姚仲鹏，王新国.车辆冷却传热[M].北京：北京理工大学出版社， 2001：86.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1990.

[4] 刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2002.