摘要：本文设置了不同管径、不同入口冷却液流量和不同类型弯头的直管。通过对某燃料电池乘用车散热水管的计算，分析了各因素对摩擦系数和阻力系数的影响，并进行了压力场和流动的仿真验证，模拟了真实的布局在客车内，不断调整管径、弯度、长度等，达到目标流量和压力汽车散热器设计计算，实现流量的最佳分布。提出了最优方案，为冷却系统水管的设计开发提供了建议和经验。前言 汽车冷却系统的作用是及时将零部件产生的废热散发出去，保证发动机工作在最合适的温度。水管是汽车冷却系统中不可缺少的一部分，其性能有好有坏。动力、经济性和可靠性有很大的影响。无论是湍流状态还是层流状态，在流动过程中都会由于粘性力的作用而发生机械能损失[1]。当水流处于层流状态时，工质冷却剂与水冷壁之间，以及工质不同流速的流体层之间，在粘性力的作用下，所产生的阻力为负工作液本身。所以，研究不同规格管道造成的机械能损失非常重要。目前，国内外学者对输水管道的水力特性进行了相关研究。赵宝峰等学者在计算管道突然膨胀的局部水头损失系数时主要考虑了沿程损失的影响，然后结合实验进行了公式。修改[3]；何以英等。通过实验研究了弯头的局部水头损失系数，分析了输水管道中弯头的局部水头损失对附近水力参数的影响[4]；水头损失之间的关系改进了Weiss-Darcy公式[5]；毛泽宇等人。通过实验研究了管道汇合处的局部阻力[6]；宋长富等。进行了实验研究[7]；王凯等。通过模型试验验证，研究了不同计算公式的性能对带压力弯头倒虹吸管局部水头损失系数计算方法的影响，并进行了比较[8]。
汽车输水管道是连接空压机、电机、控制器、热交换器等热工设备并输送工作流体的管道及附件的总称。它是整个汽车冷却系统的重要组成部分。其中，直管和弯头造成的机械能损失的大小尤为重要。1 散热系统的组成及输水管路的设计要求 燃料电池汽车的工作原理是汽车携带的燃料电池中作为燃料的氢气与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生电能驱动电机工作。电动机驱动车内的机械传动结构，进而带动汽车前桥（或后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。燃料电池的反应结果会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，副产物主要是水，因此被称为绿色新型环保汽车。决定性的影响。该燃料电池乘用车整车冷却系统由散热器、空压机头、空压机控制器、空压电机、DCDC、车载电机、车载电机控制器、水泵、水箱、水管组成整车设计示意图燃料电池乘用车冷却系统如图1所示。根据各部件散热、流量、阻力、冷却液入口温度等要求，进行冷却液入口压力等，各部件的选型开发，连接管路的匹配设计等。但在实际加载过程中，除了受零件流阻和管径大小等因素的影响外，管子的长度、弯曲角度、异形管的直径等会影响流量分配。本次仿真模拟真实布置，连续调整管径、曲率、长度等，达到了目标流量和压力，实现了流量的最佳分布。除了零件的流阻和管径大小等因素的影响外，管子的长度、弯曲角度、异形管的直径都会影响流量分布。本次仿真模拟真实布置，连续调整管径、曲率、长度等，达到了目标流量和压力，实现了流量的最佳分布。除了零件的流阻和管径大小等因素的影响外，管子的长度、弯曲角度、异形管的直径都会影响流量分布。本次仿真模拟真实布置，连续调整管径、曲率、长度等，达到了目标流量和压力，实现了流量的最佳分布。
图 1 燃料电池乘用车整车冷却系统设计原理图。为保证冷却效果，该冷却系统必须满足以下流量和压力分配要求：①空压机和空压机控制器、空压机机头、DCDC的四个散热片并联，总流量18LPM；②确保DCDC在65℃下分配10 LPM流量的冷却液；③空压机电机和空压机控制器在65℃下分配3-5LPM流量；④ 空压机机头在65℃时分配3-5LPM；⑤车用电机要求水流量>16LPM，冷却液温度≤65℃，压降@16LPM；⑥电机控制器要求水流量>16LPM，冷却液温度≤65℃，压降35MPa@16LPM；⑦ 液压入口压力在各部件的承压范围内；由于布局空间等因素的限制汽车散热器设计计算，流水线的设计有很多可能性。在空间中，合理的方向和形状的管道可以最大限度地减少系统的压力损失，满足流量分配要求。2 冷却系统水管路的布局设计和仿真验证受车身空间和冷却部件位置的限制。实际的水路是从前散热器到中空压机、DCDC、空压机控制器、电机控制器。再到车后的电机，贯穿整个车底，燃料电池乘用车整车冷却系统示意图见图2。保证在水泵的带动下，
图 2 燃料电池乘用车整车冷却系统图 分以下三个子案例，对每个方案进行仿真分析。2.1 方案一 方案一：设置主回路总流量为18.4LPM；DCDC支管内径为16mm；空压机头支管内径14mm；空压机电机和空压机控制器的内径为14mm。结果如图3-方案1的体积流量分布图所示。
图3——方案一的体积流量分布图。 由上可以得出结论：DCDC支管内径为16mm，流量分布为10.1LPM；空压机头支管内径14mm，流量分配3.7LPM；空压机电机+气压机控制器内径14mm，流量分配4.5LPM；2.2 方案2 方案2：设置主回路总流量为18.2LPM；DCDC支管内径为16mm；空压机头支管内径9mm；空压机电机+空压机控制装置内径为9mm。结果如图4-方案二的体积流量分布所示。从上面可以得出结论：DCDC支管内径16mm，配流13.6LPM；空压机头支管内径9mm，流量分配2.38LPM；空压机电机+空压机控制器内径9mm，流量分配2.25LPM。;
图4-方案2的体积流量分布 图2.3 方案3 方案3：设置主回路总流量为18.4LPM；DCDC支管内径为16mm；空压机头支管内径为10mm；空压机电机+空压机控制器内径为10-14mm变径。结果如图5-第三种方案的体积流量分布图。
图5——方案3的体积流量分布图。由上可以得出：主回路总流量为18.4LPM；DCDC支管内径16mm，配流11.5LPM；空压机头支管内径10mm，流量分配2.8LPM；空压机电机+空压机控制器内径10-14mm变径，流量分配3LPM；综合需求和实际组件接头，第三种方案是最佳方案，即DCDC支管内径为16mm；空压机头支管路径内径10mm；空压机电机+空压机控制器内径为10-14mm变径。
图6-方案3的压力分布图 取四个点进行压力验证，仿真结果如图7-方案3中的压力点值：18LPM主管道总压降约2bar @18LPM；DCDC支管进口压力2.16Bar；空压机头支2.3Bar；空压机电机+空压机控制器2.32Bar。由以上可以得出，空压机电机、空压机控制器、空压机泵头的仿真结果约为，在液压入口压力范围内；DCDC 超过给定的最大液压入口压力。受力超过16KPa，约8%在DCDC的耐压范围内。
图7-方案3中的压力点值3 结论 通过以上三种方案的分析可以看出方案3是最优方案，即DCDC支管内径为16mm；空压机头支管内径为10mm；电机和空压机控制器的内径为10mm-14mm。在流量分配方面，干流总流量为18.4LPM，满足整车电机和电机控制器≥16LPM的流量要求；DCDC支管流量为11.5LPM，满足DCDC流量要求≥10LPM；空压机机头支管流量分配为2.8LPM，满足3～5LPM的流量要求；空压机电机和空压机控制器，流量分配3 LPM，满足3~5 LPM的流量要求；在压力分布上，空压机电机、空压机控制器、空压机泵头，DCDC的入口压力在可接受的范围内。作者：张军上海燃料电池汽车动力系统有限公司点此查看，支持《汽车热管理之家》↓
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