动力舱热管理系统关键部件建模仿真方法研究
发布时间：2023-04-02 17:59
随着汽车工业的不断发展,车辆对热管理系统不断提出更高更复杂的散热需求。应用数值仿真方法对动力舱内的流动换热进行分析是动力舱热管理系统优化的常用手段。其中,换热器和冷却风扇是热管理系统中最关键的部件,同时也是动力舱内建模与仿真的难点。为了进一步提高动力舱内流动换热仿真的精确度与计算效率,本文对换热器和冷却风扇的建模与仿真方法进行研究,针对动力舱内的流动换热仿真,提出了一些针对换热器和冷却风扇的建模方法与仿真策略,可以在进行动力舱内的流动换热数值计算时对换热器与冷却风扇的建模仿真起到一定的指导作用。本文所研究的主要内容包括:1)提出了换热器特性参数的两种获取方法第一种方法根据原始尺寸换热器风洞试验数据计算变尺寸换热器特性参数。该方法首先根据阻力系数公式与范宁摩擦因子试验关联式推导出换热器风阻特性计算公式,然后通过MATLAB建立二维数值模型以计算传热特性。经过验证,通过这种计算方法所得到的风阻最大误差为-4.5%,热流量最大误差为2.2%。这种计算方法可以为变尺寸换热器提供一种可靠且便捷的换热器特性参数获取方法。第二种方法通过对换热器微观单元的流动与共轭传热进行数值仿真,直接提取换热器的流...
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 动力舱流动换热仿真研究内容与技术关键点
1.3 换热器建模与仿真方法研究进展
1.3.1 换热器模块的物理等效建模
1.3.2 换热器单元的数值仿真
1.3.3 换热器数值仿真的多尺度耦合
1.4 冷却风扇的建模与仿真方法研究进展
1.4.1 动静干涉(RSI)方法
1.4.2 风扇物理等效模型
1.5 本文研究目标及主要内容
第2章 换热器特性参数获取方法研究
2.1 对现有换热器特性参数获取方法的讨论
2.2 基于试验数据计算变尺寸换热器特性参数的方法
2.2.1 变尺寸换热器特性参数计算方法
2.2.2 特性参数计算方法的有效性验证
2.3 通过数值计算获取换热器特性参数的方法
2.3.1 换热器单元计算域的建立方法研究
2.3.2 层流与湍流模型选择
2.3.3 近壁处理方法分析及壁面函数改进
2.3.4 获取换热器特性参数的后处理方法
2.3.5 换热器特性参数仿真获取方法的有效性验证
2.4 本章小结
第3章 动力舱内换热器模块的建模仿真方法研究
3.1 对现有换热器模块建模方法应用在动力舱中的讨论
3.2 适用于动力舱的换热器等效建模方法
3.2.1 多孔介质模型
3.2.2 简单有效度模型
3.2.3 有效度-传热单元数(e-NTU)法
3.3 简单有效度模型的修正研究
3.3.1 简单有效度模型的理论分析
3.3.2 简单有效度模型的修正
3.3.3 修正方法有效性验证
3.4 修正有效度模型与e-NTU法对比
3.4.1 建模方法比较分析
3.4.2 基于ε-NTU法进行换热器模块仿真计算
3.4.3 仿真结果比较分析
3.5 本章小结
第4章 基于MRF方法的冷却风扇建模仿真策略研究
4.1 对现有风扇建模方法应用在动力舱中的讨论
4.2 MRF方法仿真冷却风扇的应用讨论
4.2.1 MRF方法
4.2.2 对MRF方法应用现状的讨论
4.3 MRF分区对冷却风扇数值仿真结果的影响
4.3.1 冷却风扇压升特性的试验测取
4.3.2 基于不同MRF分区进行冷却风扇数值仿真
4.3.3 MRF分区对仿真结果的影响分析
4.3.4 误差来源的理论分析
4.4 MRF交界面引入误差的修正研究
4.4.1 MRF交界面引入误差的修正方法
4.4.2 修正方法的有效性验证
4.5 本章小结
第5章 多风扇动力舱中冷却风扇建模仿真方法研究
5.1 现有风扇建模方法应用在多风扇动力舱中的讨论
5.2 三维风扇区域模型仿真冷却风扇的应用分析
5.2.1 三维风扇区域模型理论分析
5.2.2 试验风扇全压曲线作为模型边界的局限性分析
5.3 基于试验风扇全压曲线推求模型边界参数的方法研究
5.3.1 考虑风扇效应的系统压力损失评估方法开发
5.3.2 模型边界参数的PtFIC推求方法
5.4 PtFIC方法的有效性验证
5.4.1 应用PtFIC方法推求三维风扇区域模型边界参数
5.4.2 PtFIC方法的有效性验证
5.5 关于三维风扇区域模型与系统压损评估方法的几点讨论
5.5.1 三维风扇区域模型对叶尖间隙流动的仿真效果
5.5.2 系统压损评估结果对比
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间参加的科研工作
攻读博士学位期间获得的奖励
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3779682
【文章页数】：185 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 动力舱流动换热仿真研究内容与技术关键点
1.3 换热器建模与仿真方法研究进展
1.3.1 换热器模块的物理等效建模
1.3.2 换热器单元的数值仿真
1.3.3 换热器数值仿真的多尺度耦合
1.4 冷却风扇的建模与仿真方法研究进展
1.4.1 动静干涉(RSI)方法
1.4.2 风扇物理等效模型
1.5 本文研究目标及主要内容
第2章 换热器特性参数获取方法研究
2.1 对现有换热器特性参数获取方法的讨论
2.2 基于试验数据计算变尺寸换热器特性参数的方法
2.2.1 变尺寸换热器特性参数计算方法
2.2.2 特性参数计算方法的有效性验证
2.3 通过数值计算获取换热器特性参数的方法
2.3.1 换热器单元计算域的建立方法研究
2.3.2 层流与湍流模型选择
2.3.3 近壁处理方法分析及壁面函数改进
2.3.4 获取换热器特性参数的后处理方法
2.3.5 换热器特性参数仿真获取方法的有效性验证
2.4 本章小结
第3章 动力舱内换热器模块的建模仿真方法研究
3.1 对现有换热器模块建模方法应用在动力舱中的讨论
3.2 适用于动力舱的换热器等效建模方法
3.2.1 多孔介质模型
3.2.2 简单有效度模型
3.2.3 有效度-传热单元数(e-NTU)法
3.3 简单有效度模型的修正研究
3.3.1 简单有效度模型的理论分析
3.3.2 简单有效度模型的修正
3.3.3 修正方法有效性验证
3.4 修正有效度模型与e-NTU法对比
3.4.1 建模方法比较分析
3.4.2 基于ε-NTU法进行换热器模块仿真计算
3.4.3 仿真结果比较分析
3.5 本章小结
第4章 基于MRF方法的冷却风扇建模仿真策略研究
4.1 对现有风扇建模方法应用在动力舱中的讨论
4.2 MRF方法仿真冷却风扇的应用讨论
4.2.1 MRF方法
4.2.2 对MRF方法应用现状的讨论
4.3 MRF分区对冷却风扇数值仿真结果的影响
4.3.1 冷却风扇压升特性的试验测取
4.3.2 基于不同MRF分区进行冷却风扇数值仿真
4.3.3 MRF分区对仿真结果的影响分析
4.3.4 误差来源的理论分析
4.4 MRF交界面引入误差的修正研究
4.4.1 MRF交界面引入误差的修正方法
4.4.2 修正方法的有效性验证
4.5 本章小结
第5章 多风扇动力舱中冷却风扇建模仿真方法研究
5.1 现有风扇建模方法应用在多风扇动力舱中的讨论
5.2 三维风扇区域模型仿真冷却风扇的应用分析
5.2.1 三维风扇区域模型理论分析
5.2.2 试验风扇全压曲线作为模型边界的局限性分析
5.3 基于试验风扇全压曲线推求模型边界参数的方法研究
5.3.1 考虑风扇效应的系统压力损失评估方法开发
5.3.2 模型边界参数的PtFIC推求方法
5.4 PtFIC方法的有效性验证
5.4.1 应用PtFIC方法推求三维风扇区域模型边界参数
5.4.2 PtFIC方法的有效性验证
5.5 关于三维风扇区域模型与系统压损评估方法的几点讨论
5.5.1 三维风扇区域模型对叶尖间隙流动的仿真效果
5.5.2 系统压损评估结果对比
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间参加的科研工作
攻读博士学位期间获得的奖励
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3779682
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