新能源商用车冷却系统传热性能匹配仿真方法与流程

本发明涉及新能源商用车冷却系统性能匹配，具体涉及一种新能源商用车冷却系统传热性能匹配仿真方法。

背景技术：

1、传统商用车内燃机所选配的散热器一般在较大水流量和较大风量条件下运行，故流动形式多为剧烈的紊流流动。和传统的内燃机发动机相比，当前新能源商用车一般搭载燃料电池发动机，燃料电池发动机的工作温度较低，散热器内通水流量较小，受散热器较大的正面面积和空气侧风量上限相对较小的双重影响。新能源商用车所用散热器液侧和空气侧的流动形式多为相对稳定的层流流动。在冷却系统传热性能和匹配方面和传统商用车内燃机散热器有所区别。

2、和传统的内燃机散热器不同，新能源商用车散热器多在小冷却液流量，低风速和较高的散热需求条件下工作，为此，急需一种新能源商用车冷却系统传热性能匹配仿真方法，通过建立相应的传热仿真流程和适宜的传热特征模型方程，能够在设计阶段就对新能源商用车冷却系统进行传热性能仿真和测试。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种新能源商用车冷却系统传热性能匹配仿真方法，实现对新能源商用车冷却系统的传热和流动性能进行仿真和试验。

2、为实现上述目的，本发明所设计的新能源商用车冷却系统传热性能匹配仿真方法，包括以下步骤：

3、a)将散热器所匹配的待测风扇安装于试验台，并进行磨合；

4、b)调节待测风扇的转速，在待测风扇的进风侧和出风侧建立稳定的0pa静压差和进风温度直至工作状态稳定；

5、c)测量待测风扇的转速-风量数据，并绘制成曲线，拟合出转速-风量数学模型公式；

6、d)将待测风扇、散热器和发动机仿形进行整体安装，部件间的几何关系按照实车状态进行安装；

7、e)进行冷却系统性能试验，结合待测风扇的转速-风量数学模型公式，对进风温度、液侧流量和出水温度进行稳定控制，调节冷空气侧风量，直至散热器的进水温度满足散热所需热负载控制要求，取得冷却系统的试验数据。

8、优选地，冷却系统的试验数据包括散热器的几何结构参数、散热器冷却液侧的流动和传热特性、散热器冷空气侧的流动和传热特性及散热器整体的放热。

9、优选地，所述步骤e)中，散热器的进水温度单位为℃，其中，t2w为散热器的出水温度，单位为℃，qw为整车所需散热的负载，单位为kw，cpw为冷却液比热，mw为冷却液质量流量，单位为kg/s，mw＝gw/60*ρmw，gw为冷却液体积流量，单位l/min，ρmw为冷却液密度。

10、优选地，所述步骤e)中，散热器的几何结构参数包括散热带侧和散热管侧，在散热带侧，散热带水力直径df为散热带水力直径，单位为mm，hf为散热带波高，单位为mm，tf为散热带波距，单位为mm，lf为单波散热带长，单位为mm，散热带侧表面积f2＝2lf*nsf*bcore*ntf*10；6，单位为mm2，nsf为单根散热带波数，无量纲，bcore为散热器芯子厚度，单位为mm，ntf为散热器散热带数量，无量纲；

11、在散热管侧，散热管外周长lto＝2*(tlf-tsf)+π*tsf，单位为mm，tlf为散热管长轴方向长度，单位为mm，tsf为散热管短轴方向长度，单位为mm，散热管润湿周长ltoi＝2*(tlf-tsf)+π*(tsf-2δt)，单位为mm，δt为散热管壁厚，单位为mm，散热管单管流通截面积stt＝(tlf-tsf)*(tsf-2δt)+π*(tsf-2δt)，单位为mm2；

12、在散热管侧，散热管水力直径单位为mm，管侧表面积f1＝2ltoi*hcore*(ntf-1)*10；6，单位为mm2，hcore为散热器芯子高度，单位为mm，散热器总散热面积有f＝f1+f2，单位为mm2。

13、优选地，所述步骤e)中，计算散热器冷却液侧的流动和传热特性，管内冷却液质量流速单位为kg/m2*s，冷却液的普朗特数按定义式无量纲，uw为冷却液运动粘度，单位m2.s，λw为冷却液导热系数，单位w/(m*℃)；

14、管内雷诺数无量纲，对于管内侧，层流状态时使用席德&塔特公式计算管侧努塞尔数无量纲，l为流动长度，数值上等于hcore，单位mm，是冷却液主流和壁面运动粘度比，无量纲；

15、散热管内侧放热系数单位w/(m2*℃)。

16、优选地，所述步骤e)中，计算散热器冷空气侧的流动和传热特性，散热器空气侧的风量单位m3/s，t2a为散热器出风温度，单位为℃，t1a为散热器进风温度，单位为℃，ρa为冷空气密度，cpa为冷空气比热，根据客户的输入调节找出最苛刻工作点，并有对应的散热器出风温度并要求t2a≤t2w，否则风量需要再次重新迭代计算，直至满足要求，若散热器芯子为单排管结构，计算散热器冷空气侧的流动和传热特性，气侧雷诺数无量纲，vef为散热器空气流速，单位m/s；df为散热带水力直径，单位为mm，γef为空气运动粘度，单位为pa*s，流体横掠圆柱体的对流换热用茹考思卡斯关联式茹考思卡斯关联式由圆管推导，若散热管是扁管则用当量直径推导，c为特征关联式常数系数，无量纲，pr为空气普朗特数，无量纲，为散热器管内中心动力粘度和管壁动力粘度的比值，无量纲，m为雷诺数幂指数常数，无量纲，n为普朗特幂指数常数，无量纲；

17、散热管外表面放热系数单位w/(m2*℃)，λa为冷空气的导热系数，单位w/m·℃，散热器散热管外表面的实际放热系数有aaf＝ηaf*aa，单位w/(m2*℃)，ηaf为散热带效率，l为散热带换热高度，数值上为散热带波高的一半，单位为mm，s为翅片常数，单位为m-1,λf为散热带导热系数，单位为w/(m*℃)，δf为散热带材料厚度，单位为m，th(sl)为超级函数。

18、优选地，所述步骤e)中，散热器的整体放热包括散热器传热系数、散热器对数平均温差和散热器的理论散热量，散热器传热系数单位为w/(m2*℃)，rf为污垢系数；

19、散热器对数平均温差单位为℃，△tmin＝t1w-t2a，单位为℃，△tmax＝t2w-t1a，单位为℃，△tln按纯逆流进行计算，散热器流体实际的流动情况是一次交叉流，流体互不混合，需要进行修正，对于叉流型、单流程的管带式水散热器，有散热器对数平均修正温差δtm＝ε·δtln，单位为℃，ε为温度系数，无量纲，r为液气温差比，无量纲，δtw为冷却液进出口温差，单位为℃，δta为散热器空气侧出口温度与环境空气温度的差值，单位为℃，p为液侧散热效率，无量纲；

20、散热器的理论散热量qnf＝k*△tm*f*10；3，单位为kw，若qnf≥qw则说明设计方案有效，否则散热器需要重新设计。

21、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

22、1、本发明注意到新能源商用车冷却系统的散热器多应用在高载低速，风量大但风速不高，以及冷却液流量偏小等工作场合的诸多特点，首次提出以席德&塔特模型和茹考思卡斯模型分别对新能源商用车散热器液侧传热特性和空气侧传热特性进行描述的方法；

23、2、对新能源商用车冷却系统(散热器+高压风扇)的传热和流动性能进行了仿真和试验，以试验结果实例验证了模型的合理性，理论计算的散热量和实际试验结果的偏差＜8％，相应匹配的试验风量和理论计算值偏差＜2％，证明所用模型符合新能源商用车散热器冷却用散热器的工作特点。