马倩，苏俊收2-氯-5-甲基吡啶
(江苏徐工工程机械研究院有限公司，江苏徐州221004)
摘要：利用C F D 数值模拟以及实验研究，对动力舱部件、进风格柵以及隔板对车辆作业时动力舱流动传热特性影响的 分析，得到：对动力舱改进和散热性能提高的方法，柵对动力舱流动特性影响较大的因素是不同进气格，在散热总成四周 加隔板能够有效阻止热风回流，提高动力舱散热效果。因而在系统匹配和优化中应合理设计其结构参数 关键词：动力舱；格棚■；隔板；流动传热中图分类号：U463. 1
文献标识码:A
文章编号：1672-545X(2021 >02-0013-04
〇引言
动力舱结构对发动机舱内气体流动传热特性有 重要的影响，发动机工作产生的热量经发动机机体 自然散热和散热器强迫对流换热及排气系统传出。 一个合理的流场能够有效提高对流换热空气流动速 度，而气流速度的提高能够增加散热器的散热量，提 高散热效率 。
一
般要求进风格栅的面积尽可能地等
于散热器的正面积，但为追求整车美观不可避免要 损失进风口面积时，进风口的有效面积不允许小于 散热器芯部正面积的60%，否则散热器得不到充分 发挥。由于格栅通风面积对动力舱的流动产生较明 显的影响，使得冷却风量随之变化，因此也将最终对 动力舱流动传热特性产生相应的影响，系统流动阻 力越小时，动力舱内的冷却风量越大，动力舱内的散 热器能得到更佳的冷却效果。
本文研究格栅进风面积及截面形状对散热性能 的影响，同时考虑增加隔板对动力舱流场的影响。文 中共设计了 3种格栅模型，如图1所示。其中：（a )模 型是原始模型，本文称为方案l ;(b )模型是改进后的 篦子，本文称为方案2;(c )种模型为百叶窗本文称为 方案3。仿真计算完成后，分析各格栅模型对动力舱 内中冷和水箱进风面质量流量的影响，得出动力舱 最佳格栅模型。在此基础上，在散热器总成周围中加 挡风隔板，在动力舱出风面开格栅，称为方案4，分析 挡风隔板及增加出风格栅对动力舱空气流场的影 响，从而得到动力舱最佳改进方案。 图1三种格栅方案
1计算模型
1.1建立三维几何模型并划分网格
本次计算的整车模型包括驾驶室、车架、冷却模 块及发动机模型。由于整车模型包含众多复杂的曲 面和倒角圆角等小的几何结构而成为结构复杂的几 何零部件。因此为了避免网格数量太多导致计算时 间太长，对整车模型进行适当简化并划分网格，整车
模型网格如图2所示。
图2
整车网格
收稿日期：2020-11-18基金项目：国家重点研发计划2016YFC0802910作者简介：马倩（1988-)，女，江苏徐州人，研究生，1：程师，研究方向：机械设计
1.2控制方程
控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程、能 量守恒方程，湍动能方程和湍动能耗散率方程。
质量守恒方程为：
|+ di—= 〇
式中:P为体积质量，kg/m3;div(pw)为矢量符号。
动量守恒方程为：
)+ div(puu)= A\\{u%gradu) -+Su ot ax
脚踩垃圾桶汐）+ di\(pvu)= div(u%gradv) -+Sv
ot dy
^P w ^+A\\{pwu)= di\(u*gradw) -+ S….
ot dz
式中J为时间，s;
grad() =d()
dy +
d()
dz
At为动力粘度，Pa*s;u，z;,M；为速度w在方
向的矢量，m/s;P为流体微元上的压力，Pa;S为动量 守恒方程的广义源项(无量纲）。
能量守恒方程为：
+ div(pwT) = div( —'gradr) + ST
ot cp
式中七为比热容，J (/k g*K);r为温度，K;/c为 流体的传热系数，W(/m2*K);S r为流体的内热源(无 量纲)及由于粘性作用流
标准湍流模型控制方程的通用格式为：
d(p0) + d(pu^>) + d(p v0) + djpwO)—
dt dx dy dz
4-i r^) + 4-(r^) + ^-(r^-) + s
dx dx dy dy dz dz
式中：少为通用变量，可以是3个速度分量n u;，温度，湍动能/(m2/S2)和湍流耗散率/(m2/S3)等求解 变量;r为广义扩散系数(无量纲）;S为广义源项。1.3设置边界条件
文中所有的模拟过程中给定边界条件是压力出 口，相对压力为0 Pa。模拟过程中假定空气是不可压 缩的，计算采用SIMPLE算法，湍流模型为RANS算 法中的realizable A—s湍流模型，模型中的系数均
采 用默认值。风扇采用M RF模型，转速根据实际工况 设定为2 178 r/min。水箱和中冷作多孔介质处理。首 先进行一阶精度计算，计算2000步后切换至二阶计 算，当残差收敛至10-4，同时水箱与中冷风量不再发 生变化时，认为计算结果已收敛。本文仿真模拟的动 力舱如图3所示。
图3动力舱
2计算结果分析
2.1进风格栅对动力舱风量影响分析
仿真计算完成后，分析三种格栅在相同边界条 件下的进风面质量流量，得到数据如表1所示。表1给出了车辆在三种方案下对应的中冷和水箱进风量，进风量越大，说明动力舱流动传热特性越强，车 辆能够运行的最高许用环境温度越高。
表1进风面质量流量
方案1
中冷进风面风量/(kg/s)水箱进风面风量/(kg/s)
2.83 4.14
方案2
中冷进风面风量八kg/s)水箱进风面风量/(kg/s)
3.02
4.60
方案3
中冷进风面风量/(kg/s)水箱进风面风量/(kg/s)
2.95 4.46
仿真结果显示：方案2中，流经散热器总成进风 面风量最大；方案1中，流经散热器总成进风面风量 最小，其中方案2中流经中冷进风面的风量比方案1中增加6.7%，水箱进风面风量比方案1增加11.1%。
2.2动力舱内气流流线分析
提取水箱出口面流线，观察从水箱出风面流出 热风的轨迹，可分析动力舱内是否有回流现象，由于
动力舱整体结构较复杂，为了能够表示风的流动状 况，这里仅显示发动机、冷却模块、风扇及格栅等结 构，如图4所示。
测点2
\-整机机罩 -
图6动力舱布置简图
在中冷和水箱进出口处布置温度、压力和流量 传感器等，对比方案改进前后水箱进出口处温度、动 力舱温度。
结果分析：方案改进后，整车热平衡后水箱进水 温度降低了 7 T ，动力舱侧面温度降低了 6 动力
舱中部温度降低了 5 1，尾部温度降低了 6 1。由于 减少了热风回流，动力舱内平均温度较低，同时散热
u )方案1
(b >方案2
(c )方案3
图4气流流线图
通过流场分析，三种方案下，都会有一定的热风 回流，即从水箱流出的热风又回流到中冷和水箱的
进风面，加热了进风温度，降低了散热器的冷却效 率，分析上述三种方案，第2种方案回风量较小，说 明第2种方案动力舱空气流动出口端背压较小，系 统阻力比其他两种方案小。
通过以上分析可知：将发动机护罩改造成篦子 式，将会减少进气阻力，增加流过散热器的新鲜冷空 气的流量和流速，能够增强冷却效果。
2.3挡风隔板及出风格栅对动力舱影响分析
为了防止热风回流以及增加冷风的利用效率， 采用篦子式格栅并在机罩、车架与散热器总成之间 的缝隙中加隔板，同时在机舱尾部出风面开格栅，即 方案4。比较方案2和方案4对动力舱空气流动散热 效果的影响。以风扇旋转中心;e = -1.38作截面，两 种方案下，截面上的速度矢量图分别如图5所示。
6.00e+00；
快速插头5.00e+00 4.(K )e+00 ' 3.00e+00 2.00e+00 .I .O O e +O O O .O O e +O O
Velocity Vectors Cokred By Veloity Magintude ( in /s )
U )方案2
(b )方案4
图5速度矢量图
由速度矢量图可以看出，方案4中经过散热器 总成的空气平均速度要高于方案2中空气平均速 度，由于隔板阻断了热空气与冷空气的交汇，使散热 器的散热效率提高。分析得到方案2和方案4风量 质量流量如表2。
表2
方案2和方案4风量质量流量
方案2中冷进风面风量/(kg /s )水箱进风面风M /( kg /s )
3.02
4.60
方案4
中冷进风面风量/(kg /s ) 3.24
水箱进风面风量/(kg /S)
4.86
结果显示：方案4中，流经散热器总成的风量比 方案2中流经散热器总成的风量大，其中方案4中 冷进风面风量比方案2中增加5.1%，水箱进风面风 量比方案2中增加6.8%，散热效率进一步提高。经过 以上分析可得到方案4为最佳的方案。
3实验研究
通过实验手段来对比原始方案及方案4动力舱 空气流动传热效果。针对车载泵，对其进行热平衡实
验。方案4中，在机罩、车架等与散热器总成之间的 缝隙中加隔板，动力舱简图如图6所示。冷却风的流 向：由吸风风扇带动的空气经过进风格栅经过中冷 和水散对散热器总成进行冷却。动力舱内冷却包后 端上下分别布置温度传感器，检测空气经过散热总 成后的温度，同时在动力舱中、尾部以及动力舱侧面 布置温度传感器检测动力舱温度分布情况。
散热器总成
i 柴油机机舱测点1
柴油机
1A
气
流方向
二
挤压比
器进水温度即发动机出水温度能够满足发动机正常 工作要求，动力舱空气流动传热性能良好。
4结束语
(1)CFD模拟动力舱流场气流状态，在项0前期 概念设计阶段，可以代替整车热平衡试验，减少整车 试验费用，对项目开展具有指导意义。
预埋槽道(2)尽量增大格栅的通流面积可以尽可能地减 小系统阻力BIR(built-in resistance)，同时也会使格 栅后面的流场更加稳定，散热器的散热能力也会相 应地提高。在通流面积不变的情况下，可以将格栅做 成篦子的结构，有利于提高进风质量流量，从而提高散热效率。
比例电磁铁(3)在发动机四周增加隔板，阻断从散热器流出 热流与进气冷风的混合，可提高散热器的散热效率。
参考文献：
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京：国家标准委员会，1978.
The Influence Analysis of Power Capsule Structure on
the Gas Flow and Heat Transfer Characteristics
MA Qian,SU Jun-shou
(Jiangsu Xuzhou Construction Machinery Research Institute,
Xuzhou Construction Machinery Group, Xuzhou Jiangsu 221004, China)
A bstract： By using CFD numerical simulation and experimental research, the influence of power cabin components, air inlet grille and partition on the flow and heat transfer characteristics of power cabin during vehicle operation is analyzed. The results show that the main factor of the influence of g
rid on the flow characteristics of power cabin is different air intake grids. Adding partition around the radiator assembly can effectively prevent the hot air from returning and improve the heat dissipation performance Heat dissipation effect of power cabin. Therefore, the structural parameters should be designed reasonably in system matching and optimization.
Key words: power capsule; grille; clapboard;flow and heat transfer
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Research on Comprehensive Energy Efficiency of Cruise Electric Propulsion System
WU Si-chen丨，LI Tie丨 2，WU Shen丨
(1.Shanghai Jiao Tong University,State Key Laboratory of Ocean Engineering,Shanghai 200240, China;
2.Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration, Shanghai 200240, China)
Abstract：Integrated electric propulsion system is widely applied in cruise ships. However, further re
search on efficient propulsion systems is needed to improve the overall energy efficiency. At the same time, to cope with the increasingly stringent ship exhaust emission regulations, it is necessary to formulate the corresponding emission control strategies to meet the emission control requirements. In this paper, the original diesel-electric propulsion scheme and LNG electric propulsion alternative scheme of cruise ship are simulated and calculated to analyze their economy, emissions, fuel consumption, EEDI and EEOI and other indicators, and the comprehensive evaluation of each scheme is carried out through nine -scale method, which provides reference for the selection of efficient power system scheme.
Key words：electric propulsion system;LNG;energy conservation and emission reduction
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