動力艙散熱系統結構改進及綜合評價

李勝凱

摘要：對前期封閉動力艙冷卻風道熱流場和溫度場仿真結果進行綜合分析，發現動力艙內部溫度較高，且部件表面熱量高無通風結構帶走，長時間使用會影響柴油機可靠性和電子器件壽命。針對這個問題，在封閉動力艙裝甲板處上方開孔增設換氣風扇，在不影響整體結構和滿足散熱條件下，采用熵值法和加權規劃法相結合方法，對冷卻風道進行綜合評價確定最優方案，應用實例分析表明，動力艙內主要部件的溫度有效降低，該綜合評價方法確定可行有效。

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.

關鍵詞：散熱系統;結構改進;綜合評價

0? 引言

對前期封閉動力艙溫度場和熱流場仿真結果進行分析，發現動力艙內部溫度較高，且部件表面熱量高無通風結構帶走，長時間使用會影響柴油機可靠性和電子器件壽命[1-3]。

1? 動力艙的結構改進及分析

1.1 改進方案

擬在動力艙空氣濾清器上方的上裝甲板開設進風口并增加引氣風扇，使艙內空氣實現流動，達到降低艙內熱量的目的[4]，如圖1所示。由于風扇的加入，需對原來的動力艙外流場進行調整，經反復調試后，確定大小為5500×4000×2800mm。采用Multiple Reference Frame方式，給定旋轉軸和旋轉原點，旋轉方向可由右手法則確定。

1.2 改進結果分析

風扇的轉速設置為4600r/min。由圖2可以看出，排氣管和柴油機附近區域溫度明顯降低，四周溫度也有所改善，高溫區域的溫度由原來的400-450k降為340-380k，且面積也明顯縮小，基本使局部熱量的堆積消除，溫度場的分布也變得更加均勻。

1.3 建立優化方案

基于改進方案，對動力艙冷卻部件在空間允許范圍內做適當的調整，在優化過程中，各個目標之間往往難以實現同時最優，有時可能會互相矛盾，因此本文擬建立動力艙綜合評價方案。方案1：原定方案;方案2：風扇直徑增加10mm;方案3：風扇直徑增加20mm;方案4：風扇位置前移150mm;方案5：風扇位置后移150mm;方案6：動力艙排氣縫增寬10mm;方案7：風扇后增加一小風扇。

2? 動力艙綜合評價模型的建立與分析

為了對動力艙動力傳動外壁面風道的各種優化方案進行客觀、公平、合理的評價，選出最優布置方案，必須對指標進行量化評估[5]。本文運用熵值法和隸屬度線性加權規劃法相結合的方法對確定了各項指標的權重并對各種方案進行了綜合排序。

2.1 評價指標的確立

確立評價指標是進行綜合評價的前提，也是影響評價結果的重要要素。通過查閱車輛冷卻系統綜合手冊和結合艙內冷卻需求，確立高溫部件表面平均溫度、風扇的功率、風道阻力和排氣縫出口空氣平均溫度做為評價指標。這四個指標都為極小型指標，即我們期望其取值越小越好。具體的評價指標體系如圖3所示。

由圖3可以看出，動力艙內高溫部件溫度指標下共有四個底層指標。本文主要用熵值法確立四項指標的權重。熵值法是一種常用的客觀賦權法，可根據各項指標的所觀測的數據差異來進行權重判斷，不受主觀因素影響。具體步驟如下：設有n個方案，m個指標，則fij為第i個方案的第j個指標的數據（i=1，2，…n;j=1，2，…m），計算第j項指標下第i個方案值占該指標比重，各項指標的權重值為：

利用隸屬度線性加權規劃法構造指標相對優屬度矩陣，確定四個總指標，即高溫部件附近溫度、排氣縫溫度、風扇功率、風道阻力的其權重，再把高溫部件溫度指標的權重按熵值法得出的比例分配到各個底層指標，最后再進行綜合排序。

2.2 實例計算

現對幾種方案進行仿真計算，可得到各項評價指標具體數值，再應用綜合評價模型進行計算。

由上可以得出，方案7的綜合評價值最高，即在風扇后增加一個較小的風扇，雖然會導致風扇功率和風道阻力略有上升，但降溫效果較為明顯，所以綜合性能最佳。

3? 結論

本文對封閉式動力艙改進進行熱流場研究，對其結構進行改進，提出了7種優化方案，并建立了綜合評價模型對方案進行排序，可得結論如下：

①原結構的動力艙內溫度普遍較高，會影響其內零部件的可靠性，進行結構改進后，動力艙內熱流場和溫度場得到明顯改善。

②利用熵值法和隸屬線性度加權規劃法相結合的方法建立了綜合評價模型，確立了評價指標體系，并進行排序7種方案，得出方案7加小風扇的綜合評價值最高。

參考文獻：

[1]劉西俠，曹玉坤，畢小平.坦克動力艙空氣流動與傳熱研究綜述[J].兵工學報，2007（08）：1011-1016.

[2]張均享，等.高機動性運載車輛動力系統[M].北京：中國科學技術出版社，2000.

[3]王憲成，索文超，張更云.電傳動裝甲車動力艙內空氣流場數值模擬及結構改進分析[J].兵工學報，2007（06）：744-748.

[4]駱清國，魯俊，趙耀，等.基于GT-SUITE的柴油機一維傳熱仿真分析[J].兵器裝備工程學報，2019（06）.

[5]李海軍，畢小平.基于熵值法的坦克動力艙熱工況的綜合評價[J].裝甲兵工程學院學報，2004（01）：62-65.