隨著汽車對(duì)要求發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也不斷提高，其體積和散熱量也相應(yīng)增加，但是在汽車整車總布置中，在有限的發(fā)動(dòng)

機(jī)艙的空間里，隨著許多附加熱交換器（例如中冷器、變速器機(jī)油冷卻器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器、空調(diào)冷凝器和助力轉(zhuǎn)向機(jī)油冷卻器）的安裝，散熱條件越來(lái)越糟糕，留給散熱器的空間也越來(lái)越小。因此設(shè)計(jì)一個(gè)可靠和高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)冷

卻系統(tǒng)，用最小的散熱器將發(fā)動(dòng)機(jī)增加的熱量散發(fā)到周圍空氣中去，在汽車整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中變得更加重要。Kuli 是一個(gè)不錯(cuò)的設(shè)計(jì)和仿真軟件，本帖則將介紹如何利用Kuli設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的過(guò)程和方法。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的建模

以一貨車的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程為例，介紹應(yīng)用仿真計(jì)算方法在Kuli 軟件中比較和確定冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。該貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)屬于強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的模型

根據(jù)貨車的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)了格柵、散熱器、機(jī)械風(fēng)扇、內(nèi)部壓降（在Kuli 軟件中為內(nèi)部阻力模塊，Built-in resistance）和出口壓降（在Kuli 軟件中為CP-Valve 模塊，Built-in resistance）仿真模型，這些模型主要包括三類信息：

（1）部件外形尺寸和位置參數(shù)；（2）流體模型，主要涉及到內(nèi)部流動(dòng)流體（冷卻液）和外部流動(dòng)流體（空氣）的壓力損失特性；（3）部件的傳熱特性。以下主要以入口壓降、風(fēng)扇和內(nèi)部壓降模型為例介紹發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的建模技術(shù)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的仿真模型

1.2 入口壓降模型

入口壓降模型在Kuli 軟件中用CP 閥模塊表示，它有相對(duì)方法、絕對(duì)方法和總壓力方法3種方式計(jì)算壓力差。其中用相對(duì)方法計(jì)算壓降的模型如下：

△p = cp× ρ/2 ×（v_∞-v_in）² （1）

其中：cp———系數(shù)，取值0.9；ρ———空氣密度；v_∞、v_in———汽車格柵前、后空氣速度。

1.3 機(jī)械風(fēng)扇

直徑（mm）：600，扇葉寬度（mm）：85，扇葉數(shù)目：9。冷卻空氣的入口溫度（°C）：20，冷卻空氣的入口壓力（hPa）：1013。

x軸：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（r/min），y 軸：流量（m3/s），z 軸：壓降（Pa）

圖2 風(fēng)扇的壓力損失特性

x 軸：流量（m3/s），左y 軸：壓降（Pa），右y 軸：功率（kW），紅線表示壓力降，綠線表示功率

圖3 風(fēng)扇的壓力降和功率特性

x 軸：流動(dòng)數(shù)，左y 軸：壓力數(shù)，右y 軸：效率，紅線表示壓力數(shù)，綠線表示效率

圖4 風(fēng)扇的壓力數(shù)和效率特性（無(wú)量綱）

1.4 內(nèi)部壓降

x 軸：流量（m3/s），y 軸：壓力損失（Pa）

圖5 風(fēng)扇的壓力損失特性

x 軸：雷諾數(shù)，左y 軸：壓力損失系數(shù)

圖6 風(fēng)扇的壓力損失系數(shù)特性（無(wú)量綱）

2 仿真與分析

2.1 仿真參數(shù)

2.2 部件設(shè)計(jì)

2.3 部件工作點(diǎn)

3 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)通常要求在風(fēng)洞中做大量的試驗(yàn)，其理論設(shè)計(jì)涉及到計(jì)算大量復(fù)雜的流體和熱模型，這對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有很高的要求，其試驗(yàn)費(fèi)用昂貴，開(kāi)發(fā)周期也很長(zhǎng)。Kuli軟件的特點(diǎn)是主要使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析，這樣使開(kāi)發(fā)費(fèi)用和周期都大大降低。