叉车散热器后方热场分析数值模拟研究

材料为理想气体；（3）设参考压力为1个标准大气压，浮力、域运动、网格变形三者保持默认。

热传递模型中，无热量传递不考虑热量传输；Isothermal（等温模型）需给出特定温度值，作为复杂模型的初始条件，不计算热量传输；Thermal Energy（热焓模型）只计算对流换热及热传导，不考虑流体动能带来的变化，适用于低速流动及不可压缩流；Total Energy（全热模型）在热焓模型基础上考虑流体动能带来的热量变化，适合高速流动及可压缩流。本文设置热传递模型为Thermal Energy模型。

湍流模型中，k-ε为最简单的两方程完整湍流模型；Laminar为层流模型，其控制方程为非稳态Navier-Stokes方程，适用雷诺数较小的情况；Shear Stress Transport综合了k-ω模型在近壁区计算的优点和标准k-ε模型在远场计算的优点，其适用范围较广，可用于带逆压梯度的流动计算、翼型计算、跨音速激波计算等；SSG是雷诺应力模型的一种，在计算漩涡流体时特别精确；BSL是基于ω方程的雷诺应力模型。本文设置湍流模型为Shear StressTransport模型。

3.边界条件

本文计算时设置流体流动性质为亚音速模式，设置流体流入计算域的方式为标准速度，方向垂直于入口面。湍流动能系数设为默认值Medium（Intensity=5%），适合于大部分的计算。设置边界处温度为静态温度，指定热力学温度值。

根据散热器后方风速与风温的分块测量结果，将散热器边界分为15块设置不同的入口边界条件，如表2所示，试验测量结果如表3所示。

根据测试结果，设定尾喷管入口流速30m/s，温度45℃。设置自由流出口边界条件以模拟无限大气，设为亚音速流动，参考压强OPa。

4.计算结果

计算得到配重前后方的温度分布如图4所示，可以看出，最高温度为47℃，最低温度为17℃，温度分布梯度较高，同时可见配重前方有温度分布，这些温度分布是由于散热器的热量由风速带出配重孔的同时，部分遇到配重壁面才生了热空气的回流，导致热量难以散出，从散热的角度考虑这是极为不利的。图5表明配重后方的空气流速最高可以达到3lm/s，同时在配重前方有回流现象，与温度的分布一致。

从计算结果中取出配重后方散热孔处的平面，计算平面的温度分布如图6-8所示，将平面大致均分为左、中、右三块，计算每一块的平均温度，以便与试验结果进行对比。

计算得到左中右三块的温度分布，每一块的平均温度如表4所示，可见，左边平均温度最高，中间平均温度最低。

四、计算结果与试验结果对比及误差分析

鉴于上述分析认为试验测试时可能存在误差，所以这里拟采用误差最小的配重外表面的温度分布作为依据，验证数值计算模型的合理性。同时，计算得到配重孔表面左中右三块的温度分布，于是，得到配重孔外表面的实验温度和计算温度分布如表5所示。实验温度测量总和为105.7℃，计算温度总和为90.8℃，二者相对误差为14.1%，在项目要求的误差15%以内。

首先，本项目计算结果与试验结果的误差为8%，在工程中要求的15%以内，表明本文的计算模型是合理的，为了更进一步认识本文流体计算过程，对计算中的误差进行深入的分析。实际的物理过程是，高温的水和油通入散热器，后面的风扇转动使空气流动，将散热器上的热量从配重孔带出去，然而，散热器的几何模型相当复杂，将其划分网格考虑进计算模型是不现实的。所以，本项目对散热器进行了简化，直接将散热器后方的温度场及流场作为边界条件加入到模型中，这种简化所引起的误差在工程允许的范围内，是合理的。计算中加在散热器上的温度和流速及尾喷管的温度和流速是试验测试得到的，试验测量存在一定的误差，所以，以此作为边界输入条件得到的计算结果必然存在误差。

五、结语

本文针对某型叉车水箱后方的三维数模，进行了合理简化，进行流体网格划分，设置常见的边界条件及求解参数，最后得到叉车后方的热场分布。并将计算结果与试验结果进行了对比，二者吻合较好，表明本文计算模型的合理性。

本文将散热器出口的空气温度及流场直接加在模型上，计算时不考虑散热器本身的热传递及风扇的旋转，这样的简化更能反映配重后方的温度场分布，既减少了计算误差，又增加了计算效率，为后面配重的优化奠定了基础。