汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場的數(shù)值模擬及其結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化.pdf

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場不僅影響整車的氣動(dòng)阻力，還和發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱密切相關(guān)。汽車進(jìn)氣格柵的設(shè)計(jì)及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)結(jié)構(gòu)布置對發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場都有重大影響。本文采用了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，通過數(shù)值模擬仿真，研究了不同進(jìn)氣格柵結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)布置對整車氣動(dòng)性能及發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱性能的影響，最終優(yōu)化得到了比初始模型氣動(dòng)阻力更低和散熱性能更好的設(shè)計(jì)方案。
　　研究模型的進(jìn)氣格柵采用的是較為常見的橫條式進(jìn)氣格柵。首先，對初始模型進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)

2、的流場分布規(guī)律并確定邊界條件的合理性。
　　然后，選取進(jìn)氣格柵的格柵條傾角A、格柵條寬度L、格柵條數(shù)量N、散熱器位移D1和發(fā)動(dòng)機(jī)位移D2作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。采用最優(yōu)拉丁超立方取樣方法，在各變量合適的取值范圍內(nèi)，隨機(jī)選取了100組樣本點(diǎn)。再對每組樣本點(diǎn)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，得到各組樣本點(diǎn)的氣動(dòng)阻力系數(shù)Cd，氣動(dòng)升力系數(shù)Cl，發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)氣流量Um，構(gòu)成100組樣本數(shù)據(jù)。接著對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)挖掘，包括總變差分析以及自組織映射分析，得

3、到各變量對各目標(biāo)的影響大小以及影響機(jī)制。再根據(jù)樣本數(shù)據(jù)建立各優(yōu)化目標(biāo)和變量之間的數(shù)學(xué)近似模型，保證了模型的預(yù)測誤差控制在10％以內(nèi)。然后在建立的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，利用進(jìn)化算法 NSGA-II在變量的整個(gè)優(yōu)化區(qū)間進(jìn)行尋優(yōu)預(yù)測，使氣動(dòng)阻力系數(shù)和氣動(dòng)升力系數(shù)盡量小，發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)氣流量盡量大。
　　最后對兩個(gè)優(yōu)化后的模型進(jìn)行建模仿真，并與初始模型的壓力云圖和溫度云圖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的模型氣動(dòng)阻力更低而且發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱性能也得到了改善。