基于AMESim汽车冷却系统热管理影响因素研究

基于 AMESim汽车冷却系统热管理影响因素研究

吴昌庆

安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽合肥 230000

摘要：冷却系统作为汽车发动机中不可或缺的组成部分，他对于汽车发动机的正常运转有着直接的影响。当前，汽车发动机所采用的散热系统多为强制循环水冷系统，该系统的工作原理是通过水泵使得冷却介质完成热量交换的目的，从而最终达到发动机所产生的热量与空气之间的热量相转换，由此而实现发动机散热的目的，保证发动机可以正常的工作。发动机中的冷却系统中存在着每一个单独零件及性能的优良与否，都对强制循环水冷系统的运作有着重要的影响。同时，不同零件之间的相互配合协调程度，也对部件的性能是否能完全发挥有着不可忽视的影响。本文基于AMESim创建出关于汽车冷却系统的热管理仿真模型，对此分析出影响发动机强制循环水冷系统热管理的因素，并对于汽车冷却系统中所采用的各部件的具体性能力进行分析。

关键词：AMESim；汽车冷却系统；热管理；影响因素

对于汽车发动机的热管理系统进行更加深入的研究，可以有效的提高汽车发动机的工作效率。当前，国内外学者对发动机的热管理系统进行了大量的研究，例如，通过调节风洞和冷却风扇导风罩等方法来实现冷却系统性能的最大发挥。本文通过对汽车发动机中的强制循环水冷系统进行相应的分析，重点分析了发动机冷却系统中不同零件的具体性能和参数。

一、汽车冷却系统的布置和热管理模型

汽车发动机中的冷却系统多采用双循环的设计模式，这种设计模式是一泵两路冷却水循环的设计方式。通过采用该种设计方式可以实现，在仅仅使用发动机所附带的一个冷却水泵时，却可以完成两个循环水路进行水循环的目的。

通过AMESim可以创建出关于汽车发动机的热管理系统模型，这样便可以对冷却系统中的各部件进行单独的性能分析。发动机和水泵作为该系统中的核心部件，可以通过直接输入零件的特性曲线和相关参数的方式来直接对其他的零件进行分析。

对汽车发动机的运行参数进行控制后，可以得出以下两种实验结果。当周围环境温度为20摄氏度时，汽车在三档的情况下以25km/h的速度在没有坡度的路面上进行行驶，发动机的转速可以控制在最高转速2100rpm。此时，汽车的散热器的进出口水管温度变化在运行时间为80s时快速提高至80℃上下。在汽车继续行驶的过程中，散热器入口的温度始终高于出口温度十摄氏度左右。在运行时间为80s时，入口温度与出口温度的差值达到最大为15℃。由此可以得出，当汽车发动机的水温较低时，其节温器是处于关闭状态的，此时冷却液进行的是小循环，冷却液并不流经散热器便直接流回发动机。而当冷却液的温度提高到80℃时，此时发动机的节温器便开始工作，冷却液的循环有效循环转变为大循环，此时冷却液会经过散热器，实现散热的目的。因此，在汽车行驶的80s前，该冷却系统的温度较低且保持在20℃不变，在80s-120s期间时，散热器的温度出现了相应的波动，此时散热器入口的温度最高可达90℃。随后散热器便达到了热平衡的状态，散热器入口与出口的温度差也维持在6.6℃不变。当汽车发动机转速为2100r/min时，中冷散热器进出口空气温度的变化在0-20s时温度不断提高，在0-40s时，中冷散热器的入口温度在170℃附近波动，中冷散热器的出口温度则在60℃附近波动。当运行时间达到40s后，中冷散热器的出口温度与入口温度不再改变，开始保持稳定，分别保持在170℃和60℃。

当周围环境温度为20℃时，汽车在二档的情况下以15km/h的速度在没有坡度的路面上进行行驶，发动机的转速可以控制在最高转速1500rpm。此时散热器的出口温度和入口温度变化情况与发动机转速保持在2100r/min时的情况相似。此时，汽车的散热器的进出口水管温度变化在运行时间为80s时快速提高至80℃上下。在汽车继续行驶的过程中，散热器入口的温度始终高于出口温度10℃左右。在运行时间为80s-140s时，由于节温器所产生的作用，散热器出入口的温度先保持不变，随后便出现了一定的波动情况。在运行时间为140s时，入口温度与出口温度的的数值保持稳定，稳定时，散热器出口的温度为80℃，散热器入口的温度为88℃，两者的温度差可以控制在8℃附近。当汽车发动机转速为1500r/min时，中冷散热器进出口空气温度的变化在0-20s时温度不断提高，在20-40s时，中冷散热器的入口温度在150℃附近波动，中冷散热器的出口温度则在55℃附近波动。当运行时间达到40s后，中冷散热器的出口温度与入口温度不再改变，开始保持稳定，分别保持在154℃和52℃。

通过实验可以得出，当发动机的转速为1500r/min时散热器的进出水温要明显高于发动机在最大转速时的冷却水温，虽然此时汽车的转速较低，冷却系统所需要的散热功率也并不是最大，但是此时的系统中冷却能力也相对较弱。因为此时冷却系统中的水泵和风扇都是通过发动机带动起来的，当发动机的转速较低时，也会使得冷却水泵和冷却风扇的功率降低。

二、汽车冷却系统模型的检验与具体分析

1.格栅面积

通过将格栅面积由2.7.平方米逐渐提高至3.8平方米时，可以得出此时冷却系统的进出口温度略高了1℃，入口温度保持在95℃附近，，出口温度则维持在86℃。由此可以得出，格栅面积对汽车的冷却系统性能影响较小，几乎可以忽略不计，进出口的温度几乎不随着格栅面积变大而发生变化。

2.迎风面积

通过改变不同散热器迎风面积，可以得出迎风面积对散热器进出口温度变化的具体情况。当散热器的迎风面积提高时，散热器的出口温度明显降低，当散热器的迎风面积由2.4提高至3.4时，出口则由86℃降低至75℃，散热器的进出口温差明显提高，反映出散热器的散热性能也得到了提高。

总结

综上所述，基于AMESim创建出关于汽车发动机的冷却系统热管理仿真模型，可以在获得对冷却系统中不同零件参数变化的同时，研究出不同零件对冷却系统整体工作效率的具体影响，以此来提高汽车冷却系统的工作效率。

参考文献

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