梁婷　郭瑞庭　王磊　唐海国

摘 要：CFD分析与试验验证相结合已经被各汽车行业普遍应用于汽车设计与开发研究中，在本文中主要论述了某车企工程师在研究某涡轮增压汽车进气系统时利用CFD软件分析其前端进气流场和温度，然后根据优化方案改制零件并装车进行整车热管理试验验证方案有效性。

关键词：汽车进气系统 CFD分析 环模试验验证

1 引言

汽车进气系统主要作用是为发动机提供高压力、大密度的新鲜空气，从而提高发动机功率及转矩，降低油耗比。单涡轮增压汽车进气系统主要有空气滤清器、中冷器、谐振室、节气门、进气管、压气机、涡轮机、催化转换器、排气管等[1]。进气温度过高会导致发动机发生爆震，缩短使用寿命，对汽车正常使用极为不利，严重时甚至会导致车辆自燃。针对这一问题，本文简述了某涡轮增压新车型在开发前期，利用CFD手段分析该车型进气系统的进气温度和流场并加以优化改善，再利用整车热管理环模试验测试验证了优化方案有效性。

2 原方案CFD模型建立与结果分析

该涡轮增压汽车的中冷器采用的是前下横置布置方式，便于维修，利用整车前蒙皮格栅进风进行冷却散热，冷却性能与进风量有关[2]。根据该车的前脸造型和进气系统部件（见图1），以及发动机舱内其他影响空气流动的主要部件冷却模块、发动机、变速器等数模抽面建立CFD模型，并对整个模型进行包面处理，形成封闭的区域，置于一个长方体计算域中，计算域的长、宽、高为：7.5倍车长，5倍车宽，5倍车高[3]。划分计算网格，并生成网格文件。

本文主要研究的是在低速工况和车速50km/h，7.2%坡度爬坡工况（环境温度38℃）下，该涡轮增压汽车进气系统温度和流场分析，输入温度边界条件，输入中冷器、冷凝器、散热器性能曲线，其中风扇为实体模型，散热器使用热交换模型，利用求解器算法进行求解计算[4]。

由分析结果可知：原方案发动机舱内有较多热回流，且在低速情况下空滤进气口吸取大量机舱热气流（见图2），导致空滤进气温度高，达到80℃以上。

3 改进后优化方案与结果分析

制定优化方案如下：（1）前格栅增开格栅孔，空滤进气口延长至正对格栅开口位置，且延长部分增加导风格栅并用海绵将四周密封;（2）散热器和中冷器四周增加导风板（见图3）。替换原方案模型进行仿真分析。

优化方案低速工况前格栅进风量无明显变化，但在50km/h工况下进风量有较大提升。低速工况空滤进气口吸取机舱热气流明显减少（见图4），在前端进风冷却下，空滤进气温度降低了50℃之下，冷却性能明显增强。

4 整车热管理环模试验验证

环境风洞试验室由于不受地域、季节和时间的限制，测试环境和条件较为稳定，一般的整车热管理试验都是在环境风洞试验室内进行测试。根据CFD的优化方案，将改制零件装车在环境风洞试验室进行整车热管理测试，设置温度测点位于空滤进口，测试结果见下表1。

从数据对比可以验证CFD仿真方案的可行性，进一步说明该方案对于提高该涡轮增压汽车进气系统的进风量，改善中冷器的散热性能还是有显著效果的。

5 结语

（1）增加前格栅开口的有效面积，确保前端模块零件之间良好的密封性，能有效提高前格柵进风量，改善风冷式散热零件的性能。（2）通过CFD分析与试验验证相结合，不仅减少整车研发周期还节约了零件开发成本，目前被各车企广泛应用于汽车设计与开发研究中。

参考文献：

[1]肖生发，赵树朋.汽车构造[M].北京：中国林业出版社;北京大学出版社，2006.8.

[2]余迅，南海秋.浅谈汽车增压发动机中冷器[J]车辆与动力工程2017年7月上.

[3]刘芳，朱贞英，门永新，赵福全.发动机舱流场仿真分析[J]第七届中国CAE工程分析技术年会论文2011.