摘要：針對一種新型電源車在駐車發(fā)電時發(fā)動機艙內溫度過高的問題，利用軟件FLUENT對發(fā)動機工作過程進行模擬仿真，通過分析仿真結果得出發(fā)動機在駐車發(fā)電工況下的散熱情況，并且通過與廠家提供的實驗數據進行對比，發(fā)現仿真結果與試驗結果之間的誤差在合理范圍之內，驗證了仿真模型建立的準確性，為新型電源車的設計提供了依據。

　　關鍵詞：新型電源車;發(fā)動機;散熱

　　0引言

　　目前，我國通用移動電站廣泛用于維修保障、工程作業(yè)等多個領域[1]，但是由于該電站體積過大，成本較高，逐漸被具有自發(fā)電系統的車載式移動電站所取代，這種移動電站充分利用底盤上的剩余空間，具有體積小、重量輕的特點，簡化了發(fā)電裝備的結構，降低了成本[2]。但是由于駐車發(fā)電時發(fā)動機艙的熱環(huán)境比較差，經常會導致發(fā)動機無法正常工作，所以發(fā)動機艙的散熱問題顯得尤為重要。

　　推薦期刊：《機車車輛工藝》由鐵道部主管、中國南車集團戚墅堰機車車輛研究所主辦的、全國公開發(fā)行的科技類期刊，是我國創(chuàng)辦最早的機車車輛工藝雜志。其宗旨是緊跟我國鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展，以鐵路高速、重載，及城市軌道交通制造業(yè)的新技術、新工藝、新材料、新設備為報道重點;及時反映機車車輛運用檢修中的熱點、難點問題。

　　本文研究的是一種新型的電源車，該電源車通過在車輛離合器與變速器之間增加ISG電機等配套改進措施實現了車輛啟動發(fā)電一體化，其駐車發(fā)電時發(fā)動機帶動ISG電機向外發(fā)出一定功率的電力供給其它設備。由于是駐車發(fā)電，沒有運動速度產生對流，而且此時發(fā)動機的負荷要比車輛正常怠速工況下高很多，因此對發(fā)動機的散熱提出了更高的要求。對于這種特殊工況下的發(fā)動機艙的散熱問題，國內外還少有人研究，鑒于此，本文利用GT-POWER仿真軟件對發(fā)動的工作狀態(tài)進行仿真模擬，分析其在駐車發(fā)電時散出的熱量與車輛的散熱能力之間的關系，為新型電源車的設計提供根據。

　　1發(fā)動機艙流動與傳熱數值模型

　　1.1發(fā)動機工作過程建模與仿真

　　發(fā)動機艙的散熱問題其本質在于是否能夠利用空氣流動將發(fā)動機工作時產生的熱量帶出機艙，為發(fā)動機的正常工作提供適宜的工作環(huán)境，所以首先應該了解和分析發(fā)動機在特定工況下的散熱情況。由于發(fā)動機工作時散出的熱量很難用測量工具測量，經驗公式的計算結果不夠精確，為了更準確更快地掌握發(fā)動機的散熱情況，并與冷卻系統模型進行耦合計算，本文采用數值模擬的方法模擬發(fā)動機在駐車發(fā)電下的工作狀態(tài)。

　　1.2基于GT-Power的發(fā)動機工作過程模型

　　本文使用一維模擬軟件GT-Power建立發(fā)動機工作過程計算模型，這是一款由GammaTechnologies公司開發(fā)的，具有發(fā)動機工業(yè)標準的模擬仿真軟件，GT-Power在一維仿真方面功能很強大，自帶有優(yōu)化設計功能，能進行直接優(yōu)化、DOE設計/優(yōu)化，可以對內燃機的工作過程進行模擬。GT-Power軟件可以與三維軟件耦合計算，同時計算步長可以自動調節(jié)，其計算速度相對較快，廣泛應用于發(fā)動機的設計、開發(fā)等。發(fā)動機的部分參數如表1所示。

　　該發(fā)動機模型主要模塊包括進出口模塊、進排氣管道模塊、氣缸模塊、進排氣閥模塊、曲軸箱模塊等。一維模型搭建過程主要步驟如下：

　　①構建子模塊。根據發(fā)動機的幾何模型參數，使用GT-Power軟件搭建各個子模塊(進出口、進排氣門、氣缸、進排氣道、曲軸箱)，根據提供的實驗參數定義邊界條件，同時定義合適的初始條件，完成汽油機物理模型的搭建。

　　②選擇計算模型。根據研究要求，選擇合適的燃燒模型(韋伯燃燒模型)、缸內傳熱模型(Woschni傳熱模型)等，定義指針參量，完成計算模型的搭建。

　　③DOE優(yōu)化計算。結合試驗結果(扭矩、燃油消耗率等)，對模型行中可調節(jié)參量進行DOE優(yōu)化計算，最終得到合適的參數設置，使得模型計算結果在合理的誤差范圍內。

　　1.3模塊設置

　　①邊界模塊設置。

　　發(fā)動機進出口直接與大氣連通，根據實際工作過程的周圍環(huán)境，定義進出口模塊的壓力和溫度條件，此處設置進出口壓力為1bar，溫度為308K，成分為air(氮氣與氧氣質量比為0.767比0.233)。

　　②氣缸模塊設置。氣缸模塊的設置主要有缸內初始條件設置、缸內壁面溫度設置、傳熱模型選取、燃燒模型選取。根據計算初始時刻，定義缸內初始壓力為10bar，初始溫度為1000K;缸內壁面溫度主要包括缸蓋、活塞、缸壁溫度，溫度值參考軟件中的推薦值(分別為500K、550K、400K);傳熱模型采用Woschni模型，其中重要的設置有氣缸蓋與缸徑的面積比，根據實際模型的幾何參數進行設置，其余參數設置為軟件默認值;燃燒模型采用韋伯燃燒模型，韋伯燃燒模型計算速度快，通過定義相關參數來模擬缸內燃燒過程。

　　③氣門參數設置。汽油機配氣正時如表2所示。

　　④進排氣管模塊設置。GT-Power模型的進排氣系統由管路和接頭組成，進排氣歧管采用Piperound模塊，采用理想的圓管設計;進氣集管采用FlowSplitTRight模塊，排氣集管采用FlowSpitGeneral模塊，根據該汽油機的幾何結構參數對相應管道進行參數設置。

　　⑤曲軸箱模塊。曲軸箱模塊參數設置主要包括發(fā)動機轉速(試驗給定)、結構參數(缸徑、沖程、連桿長度、壓縮比、余隙高度)、點火順序(1-3-4-2)、仿真初始時刻、摩擦參數等，其中最主要的參數是摩擦模型的設置。經過上述步驟，對發(fā)動機各個系統進行模塊搭建，并進行參數分析及設計，本文建立了發(fā)動機整機一維模型，如圖1所示。

　　2發(fā)動機工作過程模型驗證

　　圖2、圖3分別為發(fā)動機功率和扭矩的仿真結果與試驗數據對比。由圖可知，仿真結果與廠家提供的試驗數據擬合程度較好，進而驗證了本文建立的發(fā)動機工作過程仿真模型具有較好的仿真精度和準確性。

　　本文研究的車輛需要在駐車時通過發(fā)動機帶動發(fā)電機一起工作，車輛在駐車發(fā)電時發(fā)動機轉速穩(wěn)定在2100r/min，為外界用電設備提供穩(wěn)定安全的16kW電力。根據發(fā)動機和發(fā)電機的工作效率，計算得到車輛駐車發(fā)電時發(fā)動機的輸出功率為18kW。通過GT-Power仿真計算，得到發(fā)動機在該工況下冷卻液帶走的熱功率為19.6kW，將這一數值作為邊界條件輸入發(fā)動機冷卻系統模型，進行冷卻系統工作過程的仿真計算[4]。

　　3結論

　　①使用GT-POWER仿真軟件實現了對新型電源車發(fā)動機工作狀態(tài)的模擬，艙流場和溫度場的模擬。通過對仿真結果的分析，得出發(fā)動機駐車發(fā)電時的散熱量，為下一步機艙結構改進提供有價值的參考。②通過與廠家提供的試驗數據進行對比，發(fā)現仿真結果與試驗數據之間的誤差在合理的范圍之內，驗證了仿真模型建立的準確性。③在建立仿真模型時進行了適當的簡化，對仿真結果有一定的影響，在今后更深入的研究中可適當提高仿真模型的準確性。

　　參考文獻：

　　[1]何建清，石秉良，解來卿.軍車自發(fā)電系統現狀及需求分析[J].專用汽車，2011(05)：71-74.

　　[2]胡玉貴，栗彥輝.軍用移動電站需求分析[J].移動電源與車輛，2001(01)：44-47.

　　[3]劉宇.基于GT-Power的汽油機仿真及優(yōu)化設計[D].吉林：吉林大學.

　　[4]李競.挖掘機電液控制系統研究—發(fā)動機和泵的聯合控制系統[D].上海：同濟大學，2005.