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车辆热系统仿真与设计研究

作　者: 陈义东
导　师: 韩玉阁
学　校: 南京理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 热系统有限差分法蒙特卡洛方法温度场集总参数法热网络法冷却系统计算机图形学
分类号: U462
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文针对车辆热系统进行了车辆热特征的分析，提出了车辆热系统的设计方案。根据车辆结构特点及外界条件，运用传热学原理，建立了车辆三维瞬态温度场的计算模型，用有限差分法进行数值求解，依据车辆温度分布情况进行车辆热系统设计。在车辆热系统设计中，采用集总参数法推导出车辆热系统负荷的计算方法。冷却系统的负荷计算考虑了发动机、传动装置、油冷器等的散热。冷却系统设计包括：冷却系统总体布置方案；冷却风量的分配与调整；冷却风扇的选型设计；中冷器、传动装置油冷却器、发动机油冷却器的设计。在冷却系统设计的基础上，在车辆温度场计算过程中，利用蒙特卡洛方法计算面元之间的辐射交换系数和面元的太阳投影面积，并且建立了各种不同的形状的面元之间的发射与接收关系，可以计算包括平面四边形面，多边形面，圆面，圆柱面，球面，圆锥面等面型相结合的系统换热系数。建立了车辆动力舱、乘员舱的传热方程。采用零维模型计算内燃机的燃气的温度变化趋势，采用热网络法计算了各个主要的部件的传热情况；乘员舱内主要考虑车载仪器仪表、人体的散湿、散热情况。在此理论基础和前人的工作的基础上，作者改进了一套计算机辅助设计工程软件(TSDT 1.0)，主要包括模型的改进，温度场的计算方法的改进，内燃机的传热模型的建立，可视化模块的加入等等，这套软件提供了完整的装甲车辆热系统的设计方法，利用该工程软件，计算装甲车辆的温度场，进行热系统设计。论文对计算结果作了详细的分析与讨论。

全文目录

1 绪论  8-15
  1.1 概述  8-10
    1.1.1 研究背景  8
    1.1.2 论文提出  8-10
  1.2 方案设计理论与方法  10-15
    1.2.1 热系统分析  11-13
    1.2.2 车辆热系统传热过程建模与数值算法研究  13
    1.2.3 模块的编制  13-15
2 车辆热系统模型的建立与分析  15-34
  2.1 前言  15
  2.2 车辆瞬态温度场模型  15-20
    2.2.1 车辆模型与理论描述  16-20
  2.3 车辆冷却系统的设计方法  20-28
    2.3.1 冷却系统的总体布置  20-21
    2.3.2 冷却空气量的确定  21-22
    2.3.3 冷却风扇的选型设计  22-23
    2.3.4 中冷器，油冷却器的计算  23-27
    2.3.5 小结  27-28
  2.4 车辆整体温度场的数值解法  28-34
    2.4.1 网格划分  28
    2.4.2 计算方法  28-29
    2.4.3 控制方程的离散化  29-31
    2.4.4 截面为正六边形的炮塔温度场的计算方法  31-32
    2.4.5 边界条件  32-34
3 蒙特卡洛方法  34-44
  3.1 蒙特卡洛法计算辐射交换系数  34-41
    3.1.1 概述  34
    3.1.2 辐射传递系数的计算方法  34-41
  3.2 围护结构单元的太阳投影面积的计算方法  41-44
    3.2.1 计算原理  41
    3.2.2 计算方法  41-43
    3.2.3 模拟发射  43
    3.2.4 小结  43-44
4 内燃机的工作过程数值模拟及主要部件的温度计算  44-56
  4.1 内燃机的工作过程数值模拟  44-51
    4.1.1 气缸内的各阶段热力过程分析  45-47
    4.1.2 气缸工作容积  47
    4.1.3 气缸周壁的传热  47-48
    4.1.4 燃烧放热率计算  48-49
    4.1.5 进排气流量的计算  49-51
  4.2 内燃机的主要部件的温度计算  51-55
  4.3 小结  55-56
5 工程软件的设计  56-64
  5.1 前言  56-57
  5.2 系统输入输出  57
    5.2.1 系统输入  57
    5.2.2 系统输出  57
  5.3 应用程序库设计  57-59
  5.4 帮助系统的开发  59-60
  5.5 软件的部分界面  60-62
  5.6 本章总结  62-64
6 算例及结果分析与讨论  64-76
  6.1 原始问题  64
  6.2 条件输入  64
  6.3 结果分析  64-76
    6.3.1 内燃机工作过程模拟计算及其结果分析  64-65
    6.3.2 内燃机部件的温度计算及其结果分析  65-68
    6.3.3 冷却系统分析  68-71
    6.3.4 舱室的壁面的温度场以及舱室内的空气温度计算及其分析  71-73
    6.3.5 乘员舱内的空调的热负荷计算结果及其分析  73-74
    6.3.6 车辆的整体的温度场灰度显示及其结果分析  74-76
7 结论  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-80

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