罗建曦[1]2004年在《汽车热管理系统集成空气侧热流体分析研究》文中研究指明热管理为汽车节能、安全和环保的重要技术之一。热管理系统与整车集成所决定的空气侧流动与传热,为影响热管理系统性能的关键因素之一。通过热管理系统与整车集成研究,有效控制热管理系统空气侧流场结构,提高热管理系统实际运行性能,对于汽车热管理具有非常重要的意义。论文通过建立散热器内、外流动与传热耦合效应模型、风扇旋转效应模型,采用RNG 湍流模型封闭叁维时均N-S方程组,建立了适用于热管理系统与整车集成的汽车内外复杂流动与传热分析数学模型。采用结构/非结构分区网格生成技术,对热管理系统空气侧的复杂求解区域进行离散,采用有限体积法保证N-S方程组离散的守恒性,发展了相应的数值计算方法。应用数值计算方法,探讨了热管理系统空气侧流速分布、温度分布等流场结构对热管理系统性能的影响机理,并在国内首次将温差场均匀性原则应用于汽车热管理集成研究,提出了控制热管理系统空气侧流场结构的统一性原则。详细分析了燃料电池客车热管理系统空气侧的流动与传热特性,基于论文提出的热管理系统空气侧流场结构控制的统一性准则,对热管理系统与燃料电池客车集成进行了优化设计。
王国华[2]2017年在《热管理系统散热冷却建模及电池组温均控制策略研究》文中研究指明热管理作为保证车辆高效动力输出和整车节能的重要方法和手段,相关的研究方法在不断进步。其中将动力舱内的各种换热器、动力电池、动力系统进行耦合分析的多热力系统仿真方法可以在解决部件的传热优化及性能确定的基础上进行系统关联性分析,因此被作为热管理系统研究的主要手段之一。在这个方法的架构下,各种换热器的性能确定及叁维表征、动力电池的温均控制策略、系统仿真模型与CFD仿真模型的集成等成为该方法中需要解决的重点问题。为了解决各种换热器的性能确定及叁维表征、动力电池的温均控制策略、系统仿真模型与CFD仿真模型的集成问题,本文工作结合国家自然科学基金项目(No.51376079),开展热管理系统散热冷却建模及电池组温均控制策略方面的研究。在系统仿真模型与CFD仿真模型的集成问题中,主要是通过Matlab程序集成控制CFD仿真软件(如Fluent软件)进行耦合仿真来实现二者的集成。对散热部件之间的热流变特性和系统循环的瞬态关联特性进行综合,通过交互作用与影响,实现多热力系统集成优化设计的目的。其中Matlab程序负责各系统的关联、程序与模型之间的数据传递、实时边界条件的设置、CFD仿真模型的计算控制等,CFD仿真模型负责换热的计算。Matlab程序通过对批处理文件的编译实现对CFD仿真模型的模型调用、数据传递、运算设置和结果输出。并通过动力舱内的集成仿真模型,对如何实现系统仿真模型与CFD仿真模型的集成进行了描述。为了实现系统仿真模型与CFD仿真模型的集成,需要在CFD仿真模型中建立散热部件的当量模型,因此需要对散热部件例如散热器的性能进行描述。为了获得散热器的性能,本文采用了一种基于特征芯体的特征结构数学模拟方法来解决整体散热器的换热性能描述的问题。该方法首先建立了散热器局部换热芯体的CFD仿真模型,结合Matlab编译的外部一维计算程序来获得整体散热器的换热性能及空气侧的阻力特性。针对上面提到的动力电池的温均控制策略问题,首先是要解决动力电池组的换热结构的优化问题,然后在优化后的模型基础上进行传热强化及渐变控温分析。本文首先采用在块状电池底部布置液流板换热的方式建立了电池组的基本液流换热结构,开展液流体的温度、流量及电池放电倍率对电池组温度的一致性、均匀性的影响分析并建立评价方法。而后从提高动力电池组的温度均匀性的角度,分别对液流板的底置方案、流板侧置方案和流板侧置方案基础上导热强化方案进行对比分析。其中导热强化方案采用铝片和石墨片进行了对比分析,得出在保持同等重量情况下采用石墨片可以提高电池表面的温度均匀性。对比分析后在导热强化方案中0.6mm石墨片方案的基础上,提出渐变冷却及加热方案。并对冷却和加热过程中的降温及升温速率等影响因素进行分析。结论表明为保证电池表面的温度均匀性,采用渐变冷却方案时尽量采用比较长的降温时间方案。对于采用渐变加热方案时,为保证电池表面的温度均匀性尽量采用比较长的降温时间方案。电池组的高效工作依赖于热管理系统将电池组的温度保持在高效运行的温度区间并保证较好的温度一致性和均匀性。因此本文针对温均性的提升,建立了多温区热控调节策略,并利用集成仿真方法对处于动力舱内的电机散热器、电池散热器之间的相互影响进行了分析。多温区热控调节思路是将电池组的工作温度范围分成高温区、常温区、低温区进行针对性的热控以达将电池组的温度保持在高效运行的温度区间的目的。其中高温区热控策略的核心思路是采用大循环渐变冷却的方式将处于高温状态下的电池组冷却到稳定温度。其中渐变冷却方式的降温斜率与降温幅度等参数密切相关。常温区热控策略的核心思路是先采用小循环升高电池温度到设定的稳定温度值后,采用小循环与大循环相结合的方式来调整进入电池组的液流体温度使得电池组的温度保持在设定的稳定温度,以实现电池组高效运行。低温区热控策略的核心思路是采用热泵等加热模式将电池组加热到电池高效运行区间的最低值,然后采用与常温区相同的热控策略。为了应对放电倍率的变化,液流体温度的调整幅度需要根据放电倍率的情况进行调整。通过动力舱CFD模型和电池组CFD模型的集成仿真来对电池散热器和电机散热器的交互影响进行分析。
高淳[3]2016年在《增程式电动汽车动力舱交互热分析与热管理系统设计》文中研究说明增程式电动车具有低成本、节油率高、低排放、可增加续驶里程、基础设施投入少等诸多优点,是汽车发展的重要趋势,也是向纯电动汽车过渡的最佳技术方案。对于增程式电动车而言,动力舱是各热源交互的主要区域,其热管理优劣直接影响到车辆的动力性能和环保要求,所以高效的动力舱热管理系统是增程式电动车开发环节中至关重要的一个环节。本文首先分析比较了热管理技术的发展现状和趋势,基于课题组的一个增程式微型面包车,从动力舱的角度出发,设计出一套互通循环、高效完整的集成热管理系统。该系统包括发动机冷却系统、发电机冷却系统、驱动电机冷却系统、空调系统和动力电池组热管理系统。针对增程式电动车动力系统构成,对发动机、发电机、驱动电机以及电池在不同行驶工况下的功率进行研究分析,并提取典型的工况点,作为热管理设计过程中参数匹配时的极限工况点。通过对动力舱典型热力系统中主要设备的热平衡关系分析,确立了发动机、发电机、驱动电机、电池包和空调制冷系统的基本热负荷计算方法。它们不但在动力舱气流散热空间存在交互影响,而且在液体流动工质间也存在某些子系统流程交互。通过典型子系统间的交互热特征分析,进一步研究了其中的热特征关系和参数确定。根据确定的典型工况点,着重分析其散热需求和相关参数匹配,包括高温工况的发动机、发电机、驱动电机和电池包的散热需求,空调系统的制冷需求,低温工况的电池包加热需求和空调系统的制暖需求等,以及进一步明确基本热管理模式的温度条件等。以及对系统的参数匹配和关键部件选型。为了进一步验证所设计的集成热管理系统的可行性和极限工况下的温度控制能力,在AMEsim平台上建立了增程式电动车的集成热管理模型,包括发动机冷却、电池包冷却和预热、电机电气冷却以及空调制冷和制暖在内的单元模型和模块,通过各热流子系统模块关联耦合,实现了交互过程的集成热管理仿真计算。通过典型算例,进行了以环境温度为主要外界条件在特定工况下的各热力过程温度变化的简要分析,并验证集成热管理系统设计的合理性。
杨胜[4]2004年在《汽车热管理系统半物理仿真试验平台研究》文中研究说明热管理为汽车节能、安全和环保的重要技术之一,是当代汽车研究与开发、特别是燃料电池等电动汽车研究与开发所面临的主要难点之一。建立汽车热管理系统试验公共技术平台,对于突破热管理系统集成关键技术,加强热管理系统的设计集成和制造集成,向模块化设计、系统化配套的方向发展具有重要意义。论文针对汽车热管理系统试验平台柔性化的难点,采用物理模拟和仿真模拟相结合的方法,进行了汽车热管理系统半物理仿真试验平台的设计、试制及分析研究。通过对不同热管理系统的模块化分析,设计了半物理仿真试验平台的物理模拟系统,并试制了热源模块和测试模块等关键模块。通过分析热管理系统热源、换热器、水泵等关键部件流动和传热机理,建立了热管理系统的物理数学模型。利用有限差分法进行求解,发展了试验平台仿真模拟系统。应用仿真模拟系统研究了燃料电池堆热管理系统,并与试验进行对比,验证了仿真模拟系统的可用性。应用仿真模拟系统研究了试验平台物理模拟系统。分析了系统热容和管道长度对系统静动态性能的影响,为物理模拟不同热管理系统静动态特性提供了依据;分析了物理模拟系统的运行调节过程,为其运行和控制提供了指导。
谭罡风[5]2011年在《重型汽车动力传动系热管理系统研究》文中进行了进一步梳理重型汽车在经济和社会发展中的作用日渐突出,已经成为公路货物运输的主力。在山区公路行驶的重型汽车和一些特种重型汽车,动力传动系的热负荷大,其工作温度区间直接关系到整车的使用稳定性,间接影响到整车的动力性和燃油经济性；散热系统的控制方式,与发动机的寄生损失紧密关联。本文研究重型汽车动力系和传动系的热管理系统,主要工作包括：1.建立了动力传动系动力学模型并确定了其热管理系统方案。建立了动力系热源与热管理部件的传热计算模型。将传动系统热源模型进行了等效处理；采用工程流体力学的方法,建立了传动系统“油-空”散热器的叁维热分析模型。2.由动力传动系统仿真,为其热管理系统仿真提供边界条件。通过发动机热管理系统一维仿真,研究了其热管理系统的稳定性和热管理部件的性能特性。采用叁维流体仿真分析,获得传动系热管理系统“油-空”散热器整体的传热特性和空气侧流阻特性,并得到传动系热管理系统仿真结果。3.进行了动力系和传动系的热管理台架试验。介绍了热管理试验的内容、方法,对试验数据进行了分析与处理。将试验数据与仿真结果进行对比,验证了动力系和传动系仿真模型的有效性。4.建立了完整的动力传动系统热管理仿真模型。基于整车行驶工况,将传统机械驱动方式与独立风扇驱动方式相比较。结果显示,采用独立风扇驱动方式的热管理系统,热源工作温度相对稳定,发动机寄生功率损失明显降低。本文的创新点如下：1.传动系统的主要热源液力缓速器,内部流态复杂,且在整个工况下均处于非全充液状态,从计算机资源和两相流的理论发展上看,采用流体力学的方式研究其生热机理并不可行,本研究转换思路建立了缓速器的等效热计算模型。2.采用叁维流体力学的方法研究“油-空”散热器的热力学特性。本研究采用服务器能处理的最大网格数量的散热器翅片单元为研究点,在充分利用计算机资源的同时,实现散热器热力学特性的研究。3.采用行驶工况的方法,从系统角度,在一维整车热管理系统模型中,考虑不同工况条件下各动力传动部件的相互耦合,以热源的温度波动和系统能耗为目标,研究重型汽车动力传动系热管理系统的控制方法。
袁聿震[6]2012年在《基于一、叁维耦合的车辆热管理系统仿真计算》文中研究指明车辆热管理是在能源危机出现、汽车排放法规日益严格以及人们对汽车舒适性要求提高的大背景下提出的,也日益成为汽车节能减排、延长使用寿命、保证关键部件运行安全和汽车行驶安全的重要措施。本文以国家科技支撑计划“商用车用并联式混合动力系统开发”项目及校企合作项目“商用车及混合动力公交车动力总成系统的冷却及热管理计算分析”为依托,通过一维、叁维耦合计算的方式研究在环境温度38℃,车辆低档位(Ⅱ挡)、全油门长时间处于最大扭矩或最大功率工况时热管理系统的工作情况。一维计算可确定主要散热部件的几何尺寸、布置方式,并为叁维计算提供相关的边界条件。叁维计算可获得整车的流场及温度分布,验证热管理系统各部件的流动、传热过程是否合理,ECU等关键部件的温度是否满足设计要求,同时为一维计算提供实验难以获得的边界条件。原车发动机舱由于结构不合理,在散热器入口处存在热空气回流,产生高温区域,改进结构后温度降低,满足要求。通过研究车速对车辆后端进气的影响,发现当风扇工作时,车速对后端冷却模块进风量影响很小。针对单独进行一维或叁维计算存在的不足提出了相应的改进方法。将叁维计算得到的流场压力、速度分布转化为阻力系数矩阵,以自定义曲面的方式赋给一维计算,模拟进口结构和风扇对流动的影响；将一维计算的结果使用UDF定义为多孔介质变体积热源,模拟热侧流体进出口温差对换热的影响。通过一、叁维的耦合计算提高车辆热管理仿真计算的精度,使仿真结果更加接近实际情况,为热管理系统的设计提供一定的参考和指导。
唐沛祥[7]2016年在《整车热管理系统联合仿真及多目标优化研究》文中提出整车热管理系统是一个复杂的、涉及到汽车动力性、经济性、排放性以及散热性能等多方面性能的系统。随着汽车设计的发展,汽车发动机的功率日益强劲,结构日益紧凑,在出现的汽车故障当中,有很大的比例与发动机的冷却以及整车的热管理系统相关。与此同时,随着油价的上涨以及各地排放法规的推出,整车的燃油经济性和排放性能也逐渐受到消费者们的重视。因此,通过对整车热管理系统进行建模仿真来分析其对于经济性、排放性的影响成为了汽车开发阶段必不可少的研究。本文利用AVL_Cruise和AMESim软件的联合仿真建立了完整的整车热管理系统的仿真模型,并结合敏感性分析的结果,以燃油经济性和排放性能为目标函数进行了多目标优化。本文进行的主要工作有:(1)完成了各个子系统的原理分析及建模详细分析了发动机冷却系统、润滑系统、空调系统、动力传动系统的组成及各部件的工作原理和数学模型,并利用Amesim软件搭建了冷却、润滑和空调系统的仿真模型,利用Cruise软件搭建了动力传动系统的仿真模型。(2)完成了整车热管理系统模型的集成及仿真以Cruise软件作为仿真平台,建立了一个集成了各个子系统的整车热管理仿真模型。并通过与试验数据的对比验证了模型的精确度。(3)完成了整车热管理系统参数的敏感性分析及多目标优化匹配在搭建的整车热管理系统的基础上,对热管理系统参数变化对于综合行驶循环工况下百公里燃油消耗量以及CO、HC和NOx的排放量的影响进行了分析。根据敏感性分析的结果,按照优化设计的理论,建立了以经济性和排放性为综合目标的目标函数。并以热管理系统各部件的参数为设计变量,以整车的动力性和散热性能的设计要求为约束条件,采用DOE试验设计的方法求解该优化设计的最优方案,确定了使燃油经济性和排放性均得到改善的参数配置。
王贤海[8]2006年在《PEMFC发动机热管理系统设计及仿真研究》文中研究表明热管理是燃料电池汽车研究与开发的热点和难点问题之一,特别是低温型燃料电池电动汽车,其热负荷可能达到传统汽车的两倍,这对热管理系统的设计提出了更高的要求。本文针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的热管理问题,对热管理系统设计、试验和仿真技术进行了系统的研究。 通过对电堆温度特性的分析,对PEMFC电堆的排热进行了设计,包括冷却方式和冷却液的选取,同时,对PEMFC发动机热管理系统进行了设计,重点是保证电堆能够得到及时有效的散热,并保持电堆温度的平衡。在此基础上,对风扇、水泵、散热器等部件的工作特性和电堆之间的动态匹配进行了试验分析,最后,对PEMFC发动机热管理系统进行了匹配计算,据此对散热器、水泵进行选型。 机电一体化技术的发展,使得对PEMFC电堆工作温度的自动控制成为可能,同时,计算机技术的发展,也使得对PEMFC发动机热管理系统的仿真研究受到了重视。本文通过对PEMFC发动机生热与散热的分析,建立了各自的热力学数学模型和系统热平衡模型,利用计算机仿真软件Matlab/Simulink搭建起由各部件模型组成的系统仿真模型,运用模糊控制的方法建立起电堆工作温度的控制策略。仿真结果基本反应了电堆实际工作过程温度的变化趋势。 热管理试验台架为PEMFC电堆的性能测试以及热管理系统性能优化研究提供了重要的技术手段。通过采用温度自动控制和自来水自动掺混补给方法,设计并建立了一套适用于PEMFC电池发动机台架试验的热管理系统。通过分析热管理系统热源、换热器、水泵等关键部件流动和传热机理,建立了热管理系统的物理数学模型。利用有限差分法进行求解,发展了试验台仿真模拟系统,为台架运行和控制提供了指导。
常贺[9]2014年在《某车辆热管理系统开发研究》文中研究说明本文通过发动机试验平台、整车风洞试验平台的研究工作，获得了整车热管理开发的关键试验基础数据，以此为基础进行了整车热管网和整车气动特性模型的搭建，运用一维与叁维耦合的计算方法，对整车机舱前端模块换热性能进行分析，通过整车环境舱试验验证模型准确有效。最后模拟整车实际运行条件，即综合考虑了不同环境温度、空调开启条件、车辆行驶速度、不同冷却风扇转速条件等影响因素，制定整车前端模块的控制策略，并予以试验验证，旨在按需调节冷却风扇开启和运行时间，从而提高燃油经济性，达到节能减排的目的。
参考文献：
[1]. 汽车热管理系统集成空气侧热流体分析研究[D]. 罗建曦. 清华大学. 2004
[2]. 热管理系统散热冷却建模及电池组温均控制策略研究[D]. 王国华. 吉林大学. 2017
[3]. 增程式电动汽车动力舱交互热分析与热管理系统设计[D]. 高淳. 吉林大学. 2016
[4]. 汽车热管理系统半物理仿真试验平台研究[D]. 杨胜. 清华大学. 2004
[5]. 重型汽车动力传动系热管理系统研究[D]. 谭罡风. 武汉理工大学. 2011
[6]. 基于一、叁维耦合的车辆热管理系统仿真计算[D]. 袁聿震. 山东大学. 2012
[7]. 整车热管理系统联合仿真及多目标优化研究[D]. 唐沛祥. 华中科技大学. 2016
[8]. PEMFC发动机热管理系统设计及仿真研究[D]. 王贤海. 武汉理工大学. 2006
[9]. 某车辆热管理系统开发研究[D]. 常贺. 吉林大学. 2014
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