汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),汽車發(fā)動(dòng)機(jī),電動(dòng),風(fēng)扇,冷卻系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 設(shè)計(jì)（論文）題目： 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ? 學(xué)生姓名： 專??業(yè)： 所在學(xué)院： 指導(dǎo)教師： 職??稱： ? 年01月15日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 ? 1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效； 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的框架成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 5、開(kāi)題報(bào)告（文獻(xiàn)綜述）字體請(qǐng)按宋體、小四號(hào)書(shū)寫(xiě)，行間距1.5倍。 ? 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)不少于1000字左右的文獻(xiàn)綜述： 一、前言 風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部件之一，其性能的好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)扇消耗的功率占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的 5%至8%，車內(nèi)外噪聲的重要來(lái)源之一就是風(fēng)扇的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)原則是在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻能力的前提下，降低風(fēng)扇的噪聲，提高風(fēng)扇的效率。隨著相關(guān)法規(guī)的不斷嚴(yán)格以及人們對(duì)車輛舒適性的要求不斷提高，降低車輛的能耗和噪聲一直是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)。因此，一直以來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要研究課題之一就是改進(jìn)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。 二、課題研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)及發(fā)展方向 汽車的發(fā)展極大地改善了我們大家的生產(chǎn)生活，促進(jìn)了人類的發(fā)展。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展以及人民生活水平的普遍提高，汽車正在以前所未有的步伐邁進(jìn)普通百姓的家庭之中。在我國(guó)汽車的需求量逐年上升，正在這種需求的促使下我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。目前，我國(guó)已經(jīng)成為了世界汽車的主要生產(chǎn)國(guó)之一。但還僅僅是生產(chǎn)大國(guó)，在自主開(kāi)發(fā)、核心技術(shù)上方面與世界的汽車強(qiáng)國(guó)還有很大的差距。我國(guó)汽車工業(yè)面臨的一個(gè)重要課題就是提高自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的能力。 隨著汽車保有量逐年在攀升，目前據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界汽車保有量已經(jīng)超過(guò) 6億輛，汽車給人們的生活也帶來(lái)了不少問(wèn)題。汽車行駛過(guò)程中，噪聲和尾氣的排放，給人們的身心健康帶來(lái)了很大的危害；同時(shí)由于石油資源的枯竭以及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向大功率發(fā)展，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性和降低汽車的排放已經(jīng)成為了汽車發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。車輛系統(tǒng)的重要組成部分之一就是車輛冷卻系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇作為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的主要部件，也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究對(duì)象。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的發(fā)揮著至關(guān)重要。一般發(fā)動(dòng)機(jī)在工作的時(shí)候，氣缸內(nèi)的氣溫可以高達(dá) 2500℃，溫度過(guò)高的話會(huì)使各零部件受熱過(guò)度膨脹，會(huì)使機(jī)械強(qiáng)度降低，配合間隙會(huì)破壞，使出現(xiàn)活塞“咬缸”等嚴(yán)重問(wèn)題：包括潤(rùn)滑油變質(zhì)，潤(rùn)滑性變差；使得發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等性能會(huì)發(fā)生整體降低。因此，我們必須及時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)常用的是強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)。 強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng)主要由冷卻風(fēng)扇、散熱器、水套、水泵等附件所組成。水套部分是直接鑄造在氣缸體和氣缸蓋內(nèi)的，組成了一個(gè)相互連通的空腔，是帶走氣缸熱量的主要部件。水套是通過(guò)進(jìn)水軟管、出水軟管、水泵等與散熱器相連，從而形成封閉的冷卻水循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，水套和散熱器里面充滿冷卻液，通過(guò)水泵加壓后，使冷卻液在水套和散熱器之間，不斷的循環(huán)。冷卻水在吸收了發(fā)動(dòng)機(jī)的大量的熱量之后，進(jìn)入到散熱器之中；發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)高速氣流加速了散熱器中冷卻水熱量的散失；如此不斷的循環(huán)，使冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量可以快速散失。 目前汽車中使用最多的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇可以分為離心式和軸流式風(fēng)扇。離心式風(fēng)扇可以將氣流方向改變 90°，并且提供的壓力比較高。軸流式風(fēng)扇的壓力比較低，而且氣流是沿軸向流動(dòng)。相對(duì)于離心式風(fēng)扇來(lái)說(shuō)，軸流式風(fēng)扇在低壓下風(fēng)量較大、效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊、布置方便，適應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間小以及所需制冷量大的特點(diǎn)，因而將它廣泛運(yùn)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻之中。通常商用車上，風(fēng)扇消耗的功率較大，因此是由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而在乘用車上，風(fēng)扇一般是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的性能參數(shù)是包括流量、功率、壓力、噪聲和效率等。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的工作區(qū)間可以分為穩(wěn)定工作區(qū)和失速區(qū)兩個(gè)部分。隨著流量減少，流量-靜壓曲線在到達(dá)第一個(gè)駐點(diǎn)之后便進(jìn)入失速區(qū)，效率、流量會(huì)急劇降低，此時(shí)噪聲會(huì)明顯增加，同時(shí)也會(huì)使風(fēng)扇的振動(dòng)加劇，這樣容易發(fā)生疲勞破壞，這種工況應(yīng)當(dāng)避免。對(duì)于在特定的工作環(huán)境中，風(fēng)扇必須要克服一定的風(fēng)阻，這種阻力稱之為系統(tǒng)阻力。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻模組的系統(tǒng)阻力一般是通過(guò)原點(diǎn)的二次曲線或者指數(shù)曲線，它與風(fēng)扇流量-靜壓曲線的交點(diǎn)即為實(shí)際工作點(diǎn)。工作點(diǎn)一般會(huì)選擇在最大靜壓的90%附近，此時(shí)風(fēng)扇的效率會(huì)在最高點(diǎn)附近。這就要求對(duì)于在特定的工作環(huán)境中選擇與之相匹配的冷卻風(fēng)扇。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)要求風(fēng)量足夠、功率消耗少、風(fēng)壓適度和效率高等。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)原則是在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻能力前提下，提高風(fēng)扇的效率，降低風(fēng)扇的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇通風(fēng)量過(guò)小或過(guò)大，功率過(guò)小或過(guò)大，都是不可取的。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的氣動(dòng)性能是由風(fēng)扇的輪轂比、直徑、葉型安裝角以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)決定。在風(fēng)扇內(nèi)部的流體流動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的三維非定常粘性流動(dòng)，因此它的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測(cè)量都比較困難。隨著計(jì)算機(jī)水平仿真技術(shù)在不斷的發(fā)展，風(fēng)扇的仿真現(xiàn)在已被越來(lái)越多的生產(chǎn)廠商采用。風(fēng)扇的仿真其實(shí)就是通過(guò)模擬風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)，而為風(fēng)扇的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 由于目前大部分主機(jī)廠還只要求保證風(fēng)扇滿足散熱需要，他們對(duì)風(fēng)扇的效率、噪聲等要求不是十分嚴(yán)格，這使得國(guó)內(nèi)的一些風(fēng)扇生產(chǎn)廠家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)不夠重視，設(shè)計(jì)手段一直是非常落后。不少的廠家目前仍然是靠工程師憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)出一款風(fēng)扇，再經(jīng)過(guò)試制、試驗(yàn)、然后改進(jìn)、然后再試制的過(guò)程才能最終定型，這樣的話往往要耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力和物力，而且這樣也很難設(shè)計(jì)出高性能、低噪聲的冷卻風(fēng)扇?，F(xiàn)在隨著相關(guān)法規(guī)的不斷嚴(yán)格以及主機(jī)廠的要求越來(lái)越高，風(fēng)扇生產(chǎn)廠家們只有加大研發(fā)力度和改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，去不斷開(kāi)發(fā)出能夠滿足主機(jī)廠要求的高性能和低噪聲的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇，才能使他們?cè)诩ち业氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)是包括正問(wèn)題和反問(wèn)題。根據(jù)既定的壓力、流量等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到風(fēng)扇的輪轂比、直徑、葉片數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)角等參數(shù)的問(wèn)題稱為正問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)在已有的風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，利用風(fēng)扇設(shè)計(jì)的基本理論，計(jì)算得到風(fēng)扇的流量、壓力等基本參數(shù)則被稱為反問(wèn)題。 在實(shí)際的應(yīng)用中相似設(shè)計(jì)和全新設(shè)計(jì)是常用的風(fēng)扇設(shè)計(jì)方法。相似設(shè)計(jì)的方法是在現(xiàn)有研究成果之中找到一個(gè)合適的風(fēng)扇模型，然后再根據(jù)風(fēng)扇定理進(jìn)行換算得到滿足冷卻要求的風(fēng)扇幾何尺寸，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，且不需要模型試驗(yàn)就可以得到滿足要求的產(chǎn)品。全新設(shè)計(jì)也就是風(fēng)扇設(shè)計(jì)的正問(wèn)題，是指從流動(dòng)計(jì)算開(kāi)始，根據(jù)要求的風(fēng)扇性能參數(shù)，基于翼型理論算出風(fēng)扇的直徑、輪轂比、葉片數(shù)和葉型安裝角等參數(shù)，其中需要多輪的計(jì)算和模型試驗(yàn)工作，才能定型投產(chǎn)，因此要消耗較多的人力和財(cái)力，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。 風(fēng)扇全新設(shè)計(jì)的具體方法有很多種，歸納起來(lái)主要是有兩大類：一種是葉柵設(shè)計(jì)法；另一種是孤立翼型設(shè)計(jì)法。葉柵與孤立翼型的空氣動(dòng)力工況的差別在于葉柵中各葉片間的相互影響。氣流繞著軸流風(fēng)扇葉片的流動(dòng)是一個(gè)較為復(fù)雜的三維流動(dòng)，當(dāng)假定氣流繞著每個(gè)葉片流動(dòng)之間是沒(méi)有相互干擾的，這就成了孤立翼型；當(dāng)氣流繞葉片的流動(dòng)，由于相鄰葉片之間的相互影響而發(fā)生改變時(shí)，翼型就被當(dāng)成葉柵。孤立翼型設(shè)計(jì)的方法是利用孤立翼型的風(fēng)洞試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的一種方法。用孤立翼型設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)軸流風(fēng)扇，方法比較簡(jiǎn)便。葉柵設(shè)計(jì)法是利用葉柵的理論、葉柵的吹風(fēng)試驗(yàn)成果來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法是根據(jù)葉柵翼型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)，考慮到了葉片之間的影響，這種設(shè)計(jì)方法相對(duì)于葉片稠度較大的高壓軸流風(fēng)扇來(lái)說(shuō)更為合適。 最后用CATIA軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 1）將設(shè)計(jì)好的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇導(dǎo)入到CATIA軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并分析仿真結(jié)果。 2）根據(jù)仿真結(jié)果得到的數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改善和優(yōu)化。 3）多重復(fù)幾次，得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，便于進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。 大量使用仿真技術(shù)對(duì)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，將使部件的設(shè)計(jì)更加合理、可靠。未來(lái)，針對(duì)汽車設(shè)計(jì)的CAE分析將更加精細(xì)化，復(fù)雜程度也將隨之提高，但汽車設(shè)計(jì)的周期會(huì)逐漸縮短，開(kāi)發(fā)成本將會(huì)降低。 三、結(jié)語(yǔ) 課題首先以某車輛基本參數(shù)為依據(jù)對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后利用CATIA軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，通過(guò)分析其數(shù)據(jù)結(jié)果，得出結(jié)論，提出優(yōu)化方案，為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。這樣可以大大縮短發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低開(kāi)發(fā)成本。 參考文獻(xiàn): [1] 劉達(dá)立,蔡斌.大中型客車電動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)[J].客車技術(shù)與研究,2011,(4) [2] 郭新民,邢娟,袁燕利等. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自控電動(dòng)冷卻風(fēng)扇的發(fā)展與研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程.1999,(3) [3] 莫偉標(biāo), 發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)與參數(shù)對(duì)其性能影響的研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2015 [4] 李浩. 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有限元分析及其冷卻風(fēng)扇CFD仿真優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2013 [5] 萬(wàn)星榮. 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能結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，針對(duì)課題所涉及的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇方面的文獻(xiàn)資料進(jìn)行廣泛閱讀，且對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行歸納、分析比較，并能對(duì)課題研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)及發(fā)展方向等進(jìn)行綜合分析和評(píng)述，提出研究思路及解決的問(wèn)題，但缺乏自己的見(jiàn)解。符合文獻(xiàn)綜述的要求。? 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 課題首先對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)本科生來(lái)說(shuō)具有一定深度和廣度，對(duì)于培養(yǎng)應(yīng)用型本科生的科研能力具有一定的意義，其研究方法具有一定的參考實(shí)用價(jià)值。所涉及研究?jī)?nèi)容必須要求在認(rèn)真學(xué)習(xí)了相關(guān)專業(yè)課程以后，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)CATIA等相關(guān)軟件之后，才能做好本課題的，工作量適中。該生一貫學(xué)習(xí)勤奮刻苦，并具有一定的科研工作能力，經(jīng)過(guò)認(rèn)真充分地學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備工作，應(yīng)當(dāng)能夠保質(zhì)保量地如期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的。 3.是否同意開(kāi)題：□ 同意 □ 不同意 ? ? ? ?????????????????????????????????? ? ?指導(dǎo)教師：?????????????? ???????????????????????????????????????? 年?? 月?? 日 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： ??????? ??????????????????????? 負(fù)責(zé)人：?????????????? ?????????????????????????????????????????? 年??? 月?? 日