摘要：针对一种新型电源车在驻车发电时发动机舱内温度过高的问题，利用软件FLUENT对发动机工作过程进行模拟仿真，通过分析仿真结果得出发动机在驻车发电工况下的散热情况，并且通过与厂家提供的实验数据进行对比，发现仿真结果与试验结果之间的误差在合理范围之内，验证了仿真模型建立的准确性，为新型电源车的设计提供了依据。
关键词：新型电源车;发动机;散热
0引言
目前，我国通用移动电站广泛用于维修保障、工程作业等多个领域[1]，但是由于该电站体积过大，成本较高，逐渐被具有自发电系统的车载式移动电站所取代，这种移动电站充分利用底盘上的剩余空间，具有体积小、重量轻的特点，简化了发电装备的结构，降低了成本[2]。但是由于驻车发电时发动机舱的热环境比较差，经常会导致发动机无法正常工作，所以发动机舱的散热问题显得尤为重要。
推荐期刊：《机车车辆工艺》由铁道部主管、中国南车集团戚墅堰机车车辆研究所主办的、全国公开发行的科技类期刊，是我国创办最早的机车车辆工艺杂志。其宗旨是紧跟我国铁路运输事业的发展，以铁路高速、重载，及城市轨道交通制造业的新技术、新工艺、新材料、新设备为报道重点;及时反映机车车辆运用检修中的热点、难点问题。
本文研究的是一种新型的电源车，该电源车通过在车辆离合器与变速器之间增加ISG电机等配套改进措施实现了车辆启动发电一体化，其驻车发电时发动机带动ISG电机向外发出一定功率的电力供给其它设备。由于是驻车发电，没有运动速度产生对流，而且此时发动机的负荷要比车辆正常怠速工况下高很多，因此对发动机的散热提出了更高的要求。对于这种特殊工况下的发动机舱的散热问题，国内外还少有人研究，鉴于此，本文利用GT-POWER仿真软件对发动的工作状态进行仿真模拟，分析其在驻车发电时散出的热量与车辆的散热能力之间的关系，为新型电源车的设计提供根据。
1发动机舱流动与传热数值模型
1.1发动机工作过程建模与仿真
发动机舱的散热问题其本质在于是否能够利用空气流动将发动机工作时产生的热量带出机舱，为发动机的正常工作提供适宜的工作环境，所以首先应该了解和分析发动机在特定工况下的散热情况。由于发动机工作时散出的热量很难用测量工具测量，经验公式的计算结果不够精确，为了更准确更快地掌握发动机的散热情况，并与冷却系统模型进行耦合计算，本文采用数值模拟的方法模拟发动机在驻车发电下的工作状态。
1.2基于GT-Power的发动机工作过程模型
本文使用一维模拟软件GT-Power建立发动机工作过程计算模型，这是一款由GammaTechnologies公司开发的，具有发动机工业标准的模拟仿真软件，GT-Power在一维仿真方面功能很强大，自带有优化设计功能，能进行直接优化、DOE设计/优化，可以对内燃机的工作过程进行模拟。GT-Power软件可以与三维软件耦合计算，同时计算步长可以自动调节，其计算速度相对较快，广泛应用于发动机的设计、开发等。发动机的部分参数如表1所示。
该发动机模型主要模块包括进出口模块、进排气管道模块、气缸模块、进排气阀模块、曲轴箱模块等。一维模型搭建过程主要步骤如下：
①构建子模块。根据发动机的几何模型参数，使用GT-Power软件搭建各个子模块(进出口、进排气门、气缸、进排气道、曲轴箱)，根据提供的实验参数定义边界条件，同时定义合适的初始条件，完成汽油机物理模型的搭建。
②选择计算模型。根据研究要求，选择合适的燃烧模型(韦伯燃烧模型)、缸内传热模型(Woschni传热模型)等，定义指针参量，完成计算模型的搭建。
③DOE优化计算。结合试验结果(扭矩、燃油消耗率等)，对模型行中可调节参量进行DOE优化计算，最终得到合适的参数设置，使得模型计算结果在合理的误差范围内。
1.3模块设置
①边界模块设置。
发动机进出口直接与大气连通，根据实际工作过程的周围环境，定义进出口模块的压力和温度条件，此处设置进出口压力为1bar，温度为308K，成分为air(氮气与氧气质量比为0.767比0.233)。
②气缸模块设置。气缸模块的设置主要有缸内初始条件设置、缸内壁面温度设置、传热模型选取、燃烧模型选取。根据计算初始时刻，定义缸内初始压力为10bar，初始温度为1000K;缸内壁面温度主要包括缸盖、活塞、缸壁温度，温度值参考软件中的推荐值(分别为500K、550K、400K);传热模型采用Woschni模型，其中重要的设置有气缸盖与缸径的面积比，根据实际模型的几何参数进行设置，其余参数设置为软件默认值;燃烧模型采用韦伯燃烧模型，韦伯燃烧模型计算速度快，通过定义相关参数来模拟缸内燃烧过程。
③气门参数设置。汽油机配气正时如表2所示。
④进排气管模块设置。GT-Power模型的进排气系统由管路和接头组成，进排气歧管采用Piperound模块，采用理想的圆管设计;进气集管采用FlowSplitTRight模块，排气集管采用FlowSpitGeneral模块，根据该汽油机的几何结构参数对相应管道进行参数设置。
⑤曲轴箱模块。曲轴箱模块参数设置主要包括发动机转速(试验给定)、结构参数(缸径、冲程、连杆长度、压缩比、余隙高度)、点火顺序(1-3-4-2)、仿真初始时刻、摩擦参数等，其中最主要的参数是摩擦模型的设置。经过上述步骤，对发动机各个系统进行模块搭建，并进行参数分析及设计，本文建立了发动机整机一维模型，如图1所示。
2发动机工作过程模型验证
图2、图3分别为发动机功率和扭矩的仿真结果与试验数据对比。由图可知，仿真结果与厂家提供的试验数据拟合程度较好，进而验证了本文建立的发动机工作过程仿真模型具有较好的仿真精度和准确性。
本文研究的车辆需要在驻车时通过发动机带动发电机一起工作，车辆在驻车发电时发动机转速稳定在2100r/min，为外界用电设备提供稳定安全的16kW电力。根据发动机和发电机的工作效率，计算得到车辆驻车发电时发动机的输出功率为18kW。通过GT-Power仿真计算，得到发动机在该工况下冷却液带走的热功率为19.6kW，将这一数值作为边界条件输入发动机冷却系统模型，进行冷却系统工作过程的仿真计算[4]。
3结论
①使用GT-POWER仿真软件实现了对新型电源车发动机工作状态的模拟，舱流场和温度场的模拟。通过对仿真结果的分析，得出发动机驻车发电时的散热量，为下一步机舱结构改进提供有价值的参考。②通过与厂家提供的试验数据进行对比，发现仿真结果与试验数据之间的误差在合理的范围之内，验证了仿真模型建立的准确性。③在建立仿真模型时进行了适当的简化，对仿真结果有一定的影响，在今后更深入的研究中可适当提高仿真模型的准确性。
参考文献：
[1]何建清，石秉良，解来卿.军车自发电系统现状及需求分析[J].专用汽车，2011(05)：71-74.
[2]胡玉贵，栗彦辉.军用移动电站需求分析[J].移动电源与车辆，2001(01)：44-47.
[3]刘宇.基于GT-Power的汽油机仿真及优化设计[D].吉林：吉林大学.
[4]李竞.挖掘机电液控制系统研究—发动机和泵的联合控制系统[D].上海：同济大学，2005.
