动力舱散热系统结构改进及综合评价

李胜凯

摘要：对前期封闭动力舱冷却风道热流场和温度场仿真结果进行综合分析，发现动力舱内部温度较高，且部件表面热量高无通风结构带走，长时间使用会影响柴油机可靠性和电子器件寿命。针对这个问题，在封闭动力舱装甲板处上方开孔增设换气风扇，在不影响整体结构和满足散热条件下，采用熵值法和加权规划法相结合方法，对冷却风道进行综合评价确定最优方案，应用实例分析表明，动力艙内主要部件的温度有效降低，该综合评价方法确定可行有效。

Abstract： A comprehensive analysis of the simulation results of heat flow field and temperature field of the cooling duct of the closed power cabin in the early stage shows that the internal temperature of the power cabin is high， the surface heat of components is high and the structure without ventilation is taken away， and the long-term use will affect the reliability of the diesel engine and the life of the electronic devices.Aiming at this problem， in a closed gravity tank armor plate in open hole above add ventilation fan， without affecting the overall structure and satisfy the cooling conditions， using the entropy method and weighted method of planning method， comprehensive evaluation to determine the optimal scheme was carried out on the cooling air duct， application example analysis shows that the temperature of the main components of effective power hold down， the comprehensive evaluation method to determine the feasible and effective.

关键词：散热系统;结构改进;综合评价

0  引言

对前期封闭动力舱温度场和热流场仿真结果进行分析，发现动力舱内部温度较高，且部件表面热量高无通风结构带走，长时间使用会影响柴油机可靠性和电子器件寿命[1-3]。

1  动力舱的结构改进及分析

1.1 改进方案

拟在动力舱空气滤清器上方的上装甲板开设进风口并增加引气风扇，使舱内空气实现流动，达到降低舱内热量的目的[4]，如图1所示。由于风扇的加入，需对原来的动力舱外流场进行调整，经反复调试后，确定大小为5500×4000×2800mm。采用Multiple Reference Frame方式，给定旋转轴和旋转原点，旋转方向可由右手法则确定。

1.2 改进结果分析

风扇的转速设置为4600r/min。由图2可以看出，排气管和柴油机附近区域温度明显降低，四周温度也有所改善，高温区域的温度由原来的400-450k降为340-380k，且面积也明显缩小，基本使局部热量的堆积消除，温度场的分布也变得更加均匀。

1.3 建立优化方案

基于改进方案，对动力舱冷却部件在空间允许范围内做适当的调整，在优化过程中，各个目标之间往往难以实现同时最优，有时可能会互相矛盾，因此本文拟建立动力舱综合评价方案。方案1：原定方案;方案2：风扇直径增加10mm;方案3：风扇直径增加20mm;方案4：风扇位置前移150mm;方案5：风扇位置后移150mm;方案6：动力舱排气缝增宽10mm;方案7：风扇后增加一小风扇。

2  动力舱综合评价模型的建立与分析

为了对动力舱动力传动外壁面风道的各种优化方案进行客观、公平、合理的评价，选出最优布置方案，必须对指标进行量化评估[5]。本文运用熵值法和隶属度线性加权规划法相结合的方法对确定了各项指标的权重并对各种方案进行了综合排序。

2.1 评价指标的确立

确立评价指标是进行综合评价的前提，也是影响评价结果的重要要素。通过查阅车辆冷却系统综合手册和结合舱内冷却需求，确立高温部件表面平均温度、风扇的功率、风道阻力和排气缝出口空气平均温度做为评价指标。这四个指标都为极小型指标，即我们期望其取值越小越好。具体的评价指标体系如图3所示。

由图3可以看出，动力舱内高温部件温度指标下共有四个底层指标。本文主要用熵值法确立四项指标的权重。熵值法是一种常用的客观赋权法，可根据各项指标的所观测的数据差异来进行权重判断，不受主观因素影响。具体步骤如下：设有n个方案，m个指标，则fij为第i个方案的第j个指标的数据（i=1，2，…n;j=1，2，…m），计算第j项指标下第i个方案值占该指标比重，各项指标的权重值为：

利用隶属度线性加权规划法构造指标相对优属度矩阵，确定四个总指标，即高温部件附近温度、排气缝温度、风扇功率、风道阻力的其权重，再把高温部件温度指标的权重按熵值法得出的比例分配到各个底层指标，最后再进行综合排序。

2.2 实例计算

现对几种方案进行仿真计算，可得到各项评价指标具体数值，再应用综合评价模型进行计算。

由上可以得出，方案7的综合评价值最高，即在风扇后增加一个较小的风扇，虽然会导致风扇功率和风道阻力略有上升，但降温效果较为明显，所以综合性能最佳。

3  结论

本文对封闭式动力舱改进进行热流场研究，对其结构进行改进，提出了7种优化方案，并建立了综合评价模型对方案进行排序，可得结论如下：

①原结构的动力舱内温度普遍较高，会影响其内零部件的可靠性，进行结构改进后，动力舱内热流场和温度场得到明显改善。

②利用熵值法和隶属线性度加权规划法相结合的方法建立了综合评价模型，确立了评价指标体系，并进行排序7种方案，得出方案7加小风扇的综合评价值最高。

参考文献：

[1]刘西侠，曹玉坤，毕小平.坦克动力舱空气流动与传热研究综述[J].兵工学报，2007（08）：1011-1016.

[2]张均享，等.高机动性运载车辆动力系统[M].北京：中国科学技术出版社，2000.

[3]王宪成，索文超，张更云.电传动装甲车动力舱内空气流场数值模拟及结构改进分析[J].兵工学报，2007（06）：744-748.

[4]骆清国，鲁俊，赵耀，等.基于GT-SUITE的柴油机一维传热仿真分析[J].兵器装备工程学报，2019（06）.

[5]李海军，毕小平.基于熵值法的坦克动力舱热工况的综合评价[J].装甲兵工程学院学报，2004（01）：62-65.