摘要：針對一種新型電源車在駐車發電時發動機艙內溫度過高的問題，利用軟件FLUENT對發動機工作過程進行模擬仿真，通過分析仿真結果得出發動機在駐車發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，簡化了發電裝備的結構，降低了成本[2]。但是由于駐車發電時發動機艙的熱環境比較差，經常會導致發動機無法正常工作，所以發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、全國公開發行的科技類期刊，是我國創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的發展，以鐵路高速、重載，及城市軌道交通制造業的新技術、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電一體化，其駐車發電時發動機帶動ISG電機向外發出一定功率的電力供給其它設備。由于是駐車發電，沒有運動速度產生對流，而且此時發動機的負荷要比車輛正常怠速工況下高很多，因此對發動機的散熱提出了更高的要求。對于這種特殊工況下的發動機艙的散熱問題，國內外還少有人研究，鑒于此，本文利用GT-POWER仿真軟件對發動的工作狀態進行仿真模擬，分析其在駐車發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發動機艙流動與傳熱數值模型

　　1.1發動機工作過程建模與仿真

　　發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動機工作時產生的熱量帶出機艙，為發動機的正常工作提供適宜的工作環境，所以首先應該了解和分析發動機在特定工況下的散熱情況。由于發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動機在駐車發電下的工作狀態。

　　1.2基于GT-Power的發動機工作過程模型

　　本文使用一維模擬軟件GT-Power建立發動機工作過程計算模型，這是一款由GammaTechnologies公司開發的，具有發動機工業標準的模擬仿真軟件，GT-Power在一維仿真方面功能很強大，自帶有優化設計功能，能進行直接優化、DOE設計/優化，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，其計算速度相對較快，廣泛應用于發動機的設計、開發等。發動機的部分參數如表1所示。

　　該發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。

　�、谶x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。

　�、跠OE優化計算。結合試驗結果(扭矩、燃油消耗率等)，對模型行中可調節參量進行DOE優化計算，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

　�、龠吔缒�塊設置。

　　發動機進出口直接與大氣連通，根據實際工作過程的周圍環境，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)。

　�、跉飧啄�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。

　�、蹥忾T參數設置。汽油機配氣正時如表2所示。

　�、苓M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。

　�、萸�軸箱模塊。曲軸箱模塊參數設置主要包括發動機轉速(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，本文建立了發動機整機一維模型，如圖1所示。

　　2發動機工作過程模型驗證

　　圖2、圖3分別為發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動機帶動發電機一起工作，車輛在駐車發電時發動機轉速穩定在2100r/min，為外界用電設備提供穩定安全的16kW電力。根據發動機和發電機的工作效率，計算得到車輛駐車發電時發動機的輸出功率為18kW。通過GT-Power仿真計算，得到發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

　�、偈褂肎T-POWER仿真軟件實現了對新型電源車發動機工作狀態的模擬，艙流場和溫度場的模擬。通過對仿真結果的分析，得出發動機駐車發電時的散熱量，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—發動機和泵的聯合控制系統[D].上海：同濟大學，2005.