汽車發(fā)動機電動風扇冷卻系統(tǒng)的設計,汽車發(fā)動機,電動,風扇,冷卻系統(tǒng),設計 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 設計（論文）題目： 汽車發(fā)動機電動風扇冷卻系統(tǒng)的設計 ? 學生姓名： 專??業(yè)： 所在學院： 指導教師： 職??稱： ? 年01月15日 開題報告填寫要求 ? 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的框架成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 5、開題報告（文獻綜述）字體請按宋體、小四號書寫，行間距1.5倍。 ? 畢 業(yè) 設 計（論文） 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫不少于1000字左右的文獻綜述： 一、前言 風扇是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的重要部件之一，其性能的好壞直接關系到發(fā)動機能否正常運轉。風扇消耗的功率占發(fā)動機輸出功率的 5%至8%，車內外噪聲的重要來源之一就是風扇的噪聲。發(fā)動機風扇的設計原則是在滿足發(fā)動機冷卻能力的前提下，降低風扇的噪聲，提高風扇的效率。隨著相關法規(guī)的不斷嚴格以及人們對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)代汽車設計考慮的重點。因此，一直以來發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的重要研究課題之一就是改進風扇設計。 二、課題研究領域的現(xiàn)狀、動態(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，促進了人類的發(fā)展。隨著中國經(jīng)濟建設的飛速發(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普通百姓的家庭之中。在我國汽車的需求量逐年上升，正在這種需求的促使下我國的汽車產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。目前，我國已經(jīng)成為了世界汽車的主要生產(chǎn)國之一。但還僅僅是生產(chǎn)大國，在自主開發(fā)、核心技術上方面與世界的汽車強國還有很大的差距。我國汽車工業(yè)面臨的一個重要課題就是提高自主研發(fā)和技術創(chuàng)新的能力。 隨著汽車保有量逐年在攀升，目前據(jù)統(tǒng)計全世界汽車保有量已經(jīng)超過 6億輛，汽車給人們的生活也帶來了不少問題。汽車行駛過程中，噪聲和尾氣的排放，給人們的身心健康帶來了很大的危害；同時由于石油資源的枯竭以及汽車發(fā)動機向大功率發(fā)展，提高燃油的經(jīng)濟性和降低汽車的排放已經(jīng)成為了汽車發(fā)展的一個趨勢。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)動機冷卻風扇作為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的主要部件，也已經(jīng)成為國內外學者重點研究對象。 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)對于整個發(fā)動機的性能的發(fā)揮著至關重要。一般發(fā)動機在工作的時候，氣缸內的氣溫可以高達 2500℃，溫度過高的話會使各零部件受熱過度膨脹，會使機械強度降低，配合間隙會破壞，使出現(xiàn)活塞“咬缸”等嚴重問題：包括潤滑油變質，潤滑性變差；使得發(fā)動機的動力性、可靠性、經(jīng)濟性等性能會發(fā)生整體降低。因此，我們必須及時對發(fā)動機進行冷卻。汽車的發(fā)動機常用的是強制循環(huán)式水冷系統(tǒng)。 強制循環(huán)式水冷系統(tǒng)主要由冷卻風扇、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的，組成了一個相互連通的空腔，是帶走氣缸熱量的主要部件。水套是通過進水軟管、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)動機工作時，水套和散熱器里面充滿冷卻液，通過水泵加壓后，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)動機的大量的熱量之后，進入到散熱器之中；發(fā)動機冷卻風扇驅動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)動機的熱量可以快速散失。 目前汽車中使用最多的發(fā)動機風扇可以分為離心式和軸流式風扇。離心式風扇可以將氣流方向改變 90°，并且提供的壓力比較高。軸流式風扇的壓力比較低，而且氣流是沿軸向流動。相對于離心式風扇來說，軸流式風扇在低壓下風量較大、效率較高、結構緊湊、布置方便，適應于發(fā)動機艙空間小以及所需制冷量大的特點，因而將它廣泛運用于汽車發(fā)動機的冷卻之中。通常商用車上，風扇消耗的功率較大，因此是由發(fā)動機直接驅動，而在乘用車上，風扇一般是由電機驅動。發(fā)動機冷卻風扇的性能參數(shù)是包括流量、功率、壓力、噪聲和效率等。 發(fā)動機冷卻風扇的工作區(qū)間可以分為穩(wěn)定工作區(qū)和失速區(qū)兩個部分。隨著流量減少，流量-靜壓曲線在到達第一個駐點之后便進入失速區(qū)，效率、流量會急劇降低，此時噪聲會明顯增加，同時也會使風扇的振動加劇，這樣容易發(fā)生疲勞破壞，這種工況應當避免。對于在特定的工作環(huán)境中，風扇必須要克服一定的風阻，這種阻力稱之為系統(tǒng)阻力。發(fā)動機的冷卻模組的系統(tǒng)阻力一般是通過原點的二次曲線或者指數(shù)曲線，它與風扇流量-靜壓曲線的交點即為實際工作點。工作點一般會選擇在最大靜壓的90%附近，此時風扇的效率會在最高點附近。這就要求對于在特定的工作環(huán)境中選擇與之相匹配的冷卻風扇。發(fā)動機冷卻風扇的設計要求風量足夠、功率消耗少、風壓適度和效率高等。發(fā)動機冷卻風扇的設計原則是在滿足發(fā)動機冷卻能力前提下，提高風扇的效率，降低風扇的噪聲。發(fā)動機冷卻風扇通風量過小或過大，功率過小或過大，都是不可取的。 發(fā)動機冷卻風扇的氣動性能是由風扇的輪轂比、直徑、葉型安裝角以及轉速等參數(shù)決定。在風扇內部的流體流動是一個非常復雜的三維非定常粘性流動，因此它的設計和試驗測量都比較困難。隨著計算機水平仿真技術在不斷的發(fā)展，風扇的仿真現(xiàn)在已被越來越多的生產(chǎn)廠商采用。風扇的仿真其實就是通過模擬風扇的運動試驗，而為風扇的改進設計提供依據(jù)。 由于目前大部分主機廠還只要求保證風扇滿足散熱需要，他們對風扇的效率、噪聲等要求不是十分嚴格，這使得國內的一些風扇生產(chǎn)廠家對發(fā)動機冷卻風扇設計開發(fā)不夠重視，設計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)驗來設計出一款風扇，再經(jīng)過試制、試驗、然后改進、然后再試制的過程才能最終定型，這樣的話往往要耗費大量的時間、人力和物力，而且這樣也很難設計出高性能、低噪聲的冷卻風扇?，F(xiàn)在隨著相關法規(guī)的不斷嚴格以及主機廠的要求越來越高，風扇生產(chǎn)廠家們只有加大研發(fā)力度和改進現(xiàn)有的設計方法，去不斷開發(fā)出能夠滿足主機廠要求的高性能和低噪聲的發(fā)動機冷卻風扇，才能使他們在激烈的市場競爭中占有一席之地。 發(fā)動機冷卻風扇的設計是包括正問題和反問題。根據(jù)既定的壓力、流量等參數(shù)，通過計算得到風扇的輪轂比、直徑、葉片數(shù)和幾何結構角等參數(shù)的問題稱為正問題。根據(jù)現(xiàn)在已有的風扇結構，利用風扇設計的基本理論，計算得到風扇的流量、壓力等基本參數(shù)則被稱為反問題。 在實際的應用中相似設計和全新設計是常用的風扇設計方法。相似設計的方法是在現(xiàn)有研究成果之中找到一個合適的風扇模型，然后再根據(jù)風扇定理進行換算得到滿足冷卻要求的風扇幾何尺寸，這種設計的優(yōu)點是簡單可靠，且不需要模型試驗就可以得到滿足要求的產(chǎn)品。全新設計也就是風扇設計的正問題，是指從流動計算開始，根據(jù)要求的風扇性能參數(shù)，基于翼型理論算出風扇的直徑、輪轂比、葉片數(shù)和葉型安裝角等參數(shù)，其中需要多輪的計算和模型試驗工作，才能定型投產(chǎn)，因此要消耗較多的人力和財力，產(chǎn)品設計周期較長。 風扇全新設計的具體方法有很多種，歸納起來主要是有兩大類：一種是葉柵設計法；另一種是孤立翼型設計法。葉柵與孤立翼型的空氣動力工況的差別在于葉柵中各葉片間的相互影響。氣流繞著軸流風扇葉片的流動是一個較為復雜的三維流動，當假定氣流繞著每個葉片流動之間是沒有相互干擾的，這就成了孤立翼型；當氣流繞葉片的流動，由于相鄰葉片之間的相互影響而發(fā)生改變時，翼型就被當成葉柵。孤立翼型設計的方法是利用孤立翼型的風洞試驗所得到的數(shù)據(jù)來進行設計計算的一種方法。用孤立翼型設計法來設計軸流風扇，方法比較簡便。葉柵設計法是利用葉柵的理論、葉柵的吹風試驗成果來進行設計，這種設計方法是根據(jù)葉柵翼型試驗數(shù)據(jù)進行氣動設計，考慮到了葉片之間的影響，這種設計方法相對于葉片稠度較大的高壓軸流風扇來說更為合適。 最后用CATIA軟件進行運動仿真 1）將設計好的發(fā)動機冷卻風扇導入到CATIA軟件進行運動仿真，并分析仿真結果。 2）根據(jù)仿真結果得到的數(shù)據(jù)，對發(fā)動機冷卻風扇結構進行一定的改善和優(yōu)化。 3）多重復幾次，得到更準確的結果，便于進一步優(yōu)化設計。 大量使用仿真技術對部件進行設計與分析，將使部件的設計更加合理、可靠。未來，針對汽車設計的CAE分析將更加精細化，復雜程度也將隨之提高，但汽車設計的周期會逐漸縮短，開發(fā)成本將會降低。 三、結語 課題首先以某車輛基本參數(shù)為依據(jù)對其發(fā)動機冷卻風扇進行結構設計，然后利用CATIA軟件對發(fā)動機冷卻風扇進行運動仿真，通過分析其數(shù)據(jù)結果，得出結論，提出優(yōu)化方案，為發(fā)動機冷卻風扇的進一步優(yōu)化設計提供參考。這樣可以大大縮短發(fā)動機冷卻風扇的開發(fā)周期，提高設計質量，降低開發(fā)成本。 參考文獻: [1] 劉達立,蔡斌.大中型客車電動風扇冷卻系統(tǒng)[J].客車技術與研究,2011,(4) [2] 郭新民,邢娟,袁燕利等. 汽車發(fā)動機自控電動冷卻風扇的發(fā)展與研究[J].內燃機工程.1999,(3) [3] 莫偉標, 發(fā)動機環(huán)形冷卻風扇結構與參數(shù)對其性能影響的研究[D].廣州：華南理工大學,2015 [4] 李浩. 發(fā)動機機體有限元分析及其冷卻風扇CFD仿真優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學,2013 [5] 萬星榮. 發(fā)動機冷卻風扇氣動性能的CFD分析與仿真流程優(yōu)化[D].廣州：華南理工大學,2013 [6] 上官文斌,吳敏,王益有等. 發(fā)動機冷卻風扇氣動性能的計算方法[J].汽車工程,2010,(9) [7] 吳敏.發(fā)動機冷卻風扇性能計算方法的研究[D].廣州：華南理工大學,2010 [8] 唐釗,發(fā)動機冷卻風扇葉片參數(shù)的研究與優(yōu)化[D].廣州：華南理工大學,2012 [9] 鐘守山,發(fā)動機冷卻風扇造型設計與性能計算方法的研究[D].廣州：華南理工大學,2011 [10] 張紅輝, 發(fā)動機軸流冷卻風扇低噪聲氣動性能分析與控制研究[D].重慶：重慶大學,2002 [11] 王振, 豪華大客車后置發(fā)動機冷卻風扇驅動系統(tǒng)的研究開發(fā)[D].武漢理工大學,2007 [12] 趙要珍,轎車發(fā)動機冷卻風扇的CFD分析與低噪聲優(yōu)化設計[D].吉林大學,2006 [13] 郭新民,邢娟,袁燕利等. 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課題首先對汽車發(fā)動機冷卻風扇進行設計，然后對發(fā)動機冷卻風扇進行運動仿真，對本科生來說具有一定深度和廣度，對于培養(yǎng)應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用價值。所涉及研究內容必須要求在認真學習了相關專業(yè)課程以后，再經(jīng)過進一步深入學習CATIA等相關軟件之后，才能做好本課題的，工作量適中。該生一貫學習勤奮刻苦，并具有一定的科研工作能力，經(jīng)過認真充分地學習和準備工作，應當能夠保質保量地如期完成畢業(yè)設計的。 3.是否同意開題：□ 同意 □ 不同意 ? ? ? ?????????????????????????????????? ? ?指導教師：?????????????? ???????????????????????????????????????? 年?? 月?? 日 所在專業(yè)審查意見： ??????? ??????????????????????? 負責人：?????????????? ?????????????????????????????????????????? 年??? 月?? 日