基于CFD仿真的前端冷卻模塊進風量分析

吳義磊，高蒙蒙，劉建祥，崔敏

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

汽車冷卻系統是整車重要的組成部分，而前端的冷卻模塊則是冷卻系統的最重要的部分，其中包括前進氣格柵。前格柵的造型設計直接影響著前端進風量的大小，因此如何選擇前格柵對冷卻系統的性能有著重要的影響。CFD仿真方法的應用大大提高了分析問題的效率和能力。本文即是基于CFD仿真對某款車前端的進風量進行分析，以期找到最佳優化方案。

1 CFD仿真分析

1.1 仿真模型建模

基于整車CAD數據建立三維CFD流場分析模型，包括整車前端機艙、前端冷卻模塊、底盤及其他部分模型，狀態與 CAD模型一致。其中，前端模塊采用串聯方式布置，散熱器1布置在最前端，然后是冷凝器、散熱器2、電子風扇。進氣格柵、冷卻模塊芯體及電子風扇均需要進行加密處理，相關圖片見圖1-3所示：

圖1 整車模型

圖2 冷卻模塊相對位置

圖3 前格柵小孔造型

1.2 計算邊界確定

1.2.1 計算工況確定

項目在啟動時，為盡快得到一個參考邊界，根據項目組要求先對以下工況進行計算：

表1 分析工況

1.2.2 多孔介質

冷凝器和散熱器芯體作為多孔介質處理，粘性阻尼系數和慣性阻尼系數由各芯體的流阻性能試驗數據擬合獲取，如表2所示。

因冷凝器和散熱器均對空氣加熱，為了獲取更加精確的進風量分析結果，必須考慮各個芯體的換熱功率。其中冷凝器的功率由一維空調系統匹配分析獲取，散熱器的發熱量基于三維分析軟件中的雙流換熱模型計算。

表2 換熱芯體阻尼系數

1.2.3 其他邊界

表3 風扇及輪胎參數

1.3 仿真分析結果

在仿真模型中輸入邊界條件進行計算，結果表明小孔造型格柵進風量不理想，且存在嚴重的漏風現象，具體分析見以下部分。

1.3.1 各散熱芯體表面風速分布

圖4 散熱器1芯體表面速度分布圖

圖5 冷凝器芯體表面速度分布圖

圖6 散熱器2芯體表面速度分布圖

1.3.2 各散熱芯體表面平均進風速度

表4 各散熱芯體表面平均進風速度

1.3.3 各散熱芯體表面進風流量

表5 各散熱芯體表面進風流量

1.3.4 前端進風分析

通過速度矢量圖發現，散熱器周圍漏風嚴重，經分析原因是沒有密封、導流設計。在進行優化設計時需要考慮增加密封、導流設計。

圖7 豎直截面Y=-350，散熱器上下泄露嚴重

圖8 水平截面Z=-65，下格柵處散熱器左右兩側泄露嚴重

1.4 優化方案仿真分析結果

1.4.1 優化方案

針對以上結果進行優化方案設計，首先散熱器周圍采用密封、導流設計，消除漏風影響；然后用大孔格柵替換掉小孔格柵，進一步分析進風量。

圖9 散熱器采用密封和導流設計

圖10 大孔格柵

1.4.2 分析結果

表6 各散熱芯體表面進風流量

經過計算，各散熱芯體表面進風量均有較大提升，最低提升量約18%，高速工況時提升最明顯，最高提升75%左右，可見大孔格柵對進風量貢獻非常大。見表6所示。

2 結論

1）采用CFD仿真分析工具對冷卻模塊前端進風量分析在進行方案設計時是非常有幫助的，可以非常清楚的展現出發展趨勢；

2）從分析過程可以看出，前端進氣格柵對進風量的影響非常大，同時考慮散熱模塊周圍的密封性設計和導流設計，是提高前端進風量的重要手段；

3）在前期方案設計時，建議首先考慮采用密封性設計，并采用大孔格柵，提高前端的進風量，可提高冷卻系統的性能。