文 | 天选小吉
编辑 | 天选小吉
不同位置的进出水口对流场的影响是汽车散热器性能研究中的重要方面，在进行数值模拟时，我们发现进出水口的位置选择会对散热器的冷却效果产生显著影响。
尽管散热器的基本功能是通过冷却剂对发动机产生的热量进行散热，但是进出水口位置却对冷却过程中的流场分布有着直接影响，虽然进出水口只是冷却系统中的一小部分，但要是位置设计不当，就有可能导致整个散热系统的性能下降。
例如，当进出水口位于散热器的上部时，冷却剂进入散热器后，会沿着上方流动，与热量辐射区域接触较少，这样，散热器的散热效率就会受到限制，导致发动机温度升高，影响汽车的正常运行。
相反，如果进出水口位于散热器的两侧或底部，冷却剂会更加均匀地分布在整个散热器内部，与更多的热量辐射区域接触，这样的设计能够有效提高散热器的散热性能，保持发动机在适宜的温度范围内运行。
此外，散热器进出水口的位置不光影响着冷却剂的流动分布，也会对整个散热系统的压力分布产生影响，要是进出水口设计得不合理，就可能导致冷却剂流动阻力增大，从而使得整个冷却系统的压降增加，影响冷却效果。
因此，为了提高汽车散热器的性能，与其随意设置进出水口的位置，不如按照合理的设计原则进行位置选择，只有经过详细的数值模拟分析与实验验证，才能找到最优的进出水口位置，无论在哪个位置，都能保证冷却剂在散热器内部的充分流动，达到最佳的冷却效果。
要么散热器进出水口位于上部、两侧还是底部，都要考虑其对流场分布和压力分布的影响，而为了保持发动机的正常运行，与其牺牲性能，不如将进出水口位置设计在能够实现最优冷却效果的位置上。
温度分布和热传导特性的差异主要取决于散热器进出水口位置的不同，即使在相同的散热器结构下，进出水口位置的变化也会引起不同的温度分布和热传导特性，尽管散热器的基本原理是通过水流和散热片之间的传热来降低温度，但不同的进出水口位置会导致冷却效果上的差异。
虽然进出水口位置是散热器的局部参数，但其在整体热传导过程中却扮演着关键的角色，要是进出水口位于散热器的上部或侧面，冷却水将自上而下或从一侧进入，然后一边冷却后再退出，这种布局可能会导致上部或侧面的温度分布不均匀，部分区域温度较高，而其他区域较低，影响散热器的整体性能。
但是，如果进出水口位于散热器的下部，冷却水则由下至上流动，这样的布局可以改善温度分布的均匀性，因为热量会从下部逐渐向上传导，散热器底部的温度通常会较高，但随着热量向上传导，温度会逐渐降低，使得整个散热器的温度分布更加平均。
不仅如此，散热器进出水口位置的不同也会影响散热器的热传导特性，要么进出水口靠近一侧，要么位于对角线位置，都可能导致热量在散热器内部传导的路径不同，与其让热量在一个方向上集中传导，不如让其沿不同方向传导，这样有助于提高散热器整体的热传导效率。
因此，无论进出水口位置如何选择，都应该综合考虑温度分布和热传导特性的差异，对于特定的汽车散热器结构，都应该根据其工作条件和散热要求来优化进出水口位置，以提高散热器的性能，不管位置如何，都要注重优化设计，以确保汽车在高温和高负荷条件下的散热效果最佳。
基于数值模拟的优化设计策略，可以为汽车散热器的进出水口位置选择提供更科学、高效的解决方案，要是我们在进行数值模拟时按照现实情况建立准确的模型，就能更好地模拟流体的流动和传热过程，只有在模拟的基础上，我们才能准确地获得不同进出水口位置下的散热性能，并对其进行比较分析。
与其盲目猜测，不如利用数值模拟手段，将不同位置的进出水口作为参数进行优化设计，一边我们可以通过改变进出水口的位置，来模拟和评估不同的设计方案，在进行优化设计时，我们要充分考虑冷却效果与流体阻力之间的平衡，不光要保证优良的散热性能，还要尽量减小能耗。
虽然优化设计是基于数值模拟结果进行的，但是我们也要注意数值模拟的局限性，即使数值模拟可以提供较为精确的预测结果，但是它仍然是基于一定的假设和模型，并且可能会受到边界条件和求解器设置等因素的影响，因此，在优化设计时，我们要综合考虑模拟结果的可靠性和实际工程可行性。
为了确保优化设计的合理性和有效性，我们应该在数值模拟的基础上，结合实际实验数据进行验证，无论是数值模拟还是实验验证，都应该相辅相成，相互印证，只有通过全面、系统的验证，我们才能确认优化设计的结果是可靠的。
在进行优化设计时，我们也要考虑到可能存在的多种约束条件，如散热器的空间限制、流体流动的不稳定性等，要是我们能在优化设计中同时满足这些约束条件，就能得到一个更加全面、可靠的设计方案。
综上所述，基于数值模拟的优化设计策略可以帮助我们更好地分析不同进出水口位置的影响，并在考虑多种因素和约束的情况下，提供一个科学、高效的汽车散热器设计方案，虽然数值模拟存在一定的局限性，但是通过与实验数据的对比验证，我们可以增加设计的可靠性，通过科学的优化设计，我们可以提高汽车散热器的性能，为汽车工程领域的发展做出积极贡献。
参数化建模是一种基于一系列参数来描述和定义模型的方法，通过将模型的各个部分与参数关联起来，可以快速而灵活地生成不同形态的模型，参数化建模的优点是能够节省设计时间和减少重复性工作，同时便于对模型进行调整和优化。
在汽车散热器进出水口位置影响分析中，参数化建模可以用于描述散热器的几何形状，如进出水口的位置、形状和尺寸等，通过设定不同的参数值，可以生成各种不同设计的散热器模型，即使在后续研究中需要调整模型的设计，只要调整相应的参数，就能得到新的模型，无论是优化设计还是不同工况下的仿真研究都变得更加方便。
优化算法则是一种通过迭代和搜索寻找最优解的方法，尽管在参数化建模中，可以生成大量不同形态的散热器模型，但我们的目标是找到在特定工况下散热性能最优的设计，虽然优化过程可能会面临多个约束和复杂的设计空间，但是只要我们运用合适的优化算法，就能有效地找到最佳设计方案。
不管是采用基于梯度的优化算法还是遗传算法等，都要根据问题特点来选择合适的优化策略，与其盲目地进行优化，不如先了解问题的特点并选择合适的优化算法进行求解，而且，由于汽车散热器的设计问题往往复杂，可能存在多个冲突的优化目标，因此需要综合考虑多种因素，同时对不同参数进行调整和变化。
然而，优化过程可能会面临局部最优解的问题，要是优化算法收敛到局部最优解而忽视了全局最优解，就可能无法得到最佳的设计方案，为了克服这一问题，可以尝试使用多种不同的优化算法或引入随机搜索来提高优化结果的全局搜索能力。
在进行参数化建模与优化算法时，要充分考虑散热器的工程实际需求和约束条件，不光关注散热性能的提升，也要综合考虑制造成本、材料选择、安装便利等因素，只有在综合考虑各方面因素的基础上，才能得到符合实际工程要求的最优设计方案。
总之，通过参数化建模与优化算法的相互配合，可以快速而准确地找到散热器进出水口位置的最优设计方案，同时，也能为汽车工程领域的设计与研究提供有益的借鉴和参考。
不同进出水口位置下的流场模拟结果对比显示了进出水口位置对汽车散热器性能的显著影响，尽管散热器进出水口的位置只是小小的构造细节，但它在整体散热系统中发挥着至关重要的作用，无论是在散热性能还是在流场分布方面，不同位置的进出水口都对结果产生了明显差异。
首先，我们观察到当进出水口位于散热器的上部时，流场分布明显不如进出水口位于下部的情况，尽管与其它位置相比，该配置在某些情况下仍然表现得相当可行，但是与下部进出水口相比，上部进出水口的散热性能却稍显逊色，此处，我们不得不指出，这并不意味着上部进出水口就没有优势，尤其是对于一些特殊车型，或者在特定条件下，该配置可能仍然是一个合理的选择。
其次，通过对比不同进出水口位置下的温度分布图，我们发现下部进出水口的设计在散热性能方面表现出了较好的特性，与上部进出水口相比，下部进出水口设计在散热器的冷却效果上展现出更加均匀和稳定的温度分布，虽然上部进出水口在某些区域也能实现较好的散热效果，但整体上，下部进出水口的流场分布更为优越。
然而，要是我们将进出水口位于散热器的两侧，情况可能就有所不同了，虽然这样的设计相对较少采用，但值得一提的是，它在某些特殊情况下可能会带来意想不到的效果，与上部进出水口和下部进出水口相比，这种配置在流体的分布和冷却效果上都存在一定程度的差异，虽然不如下部进出水口的设计稳定，但其与上部进出水口的性能却是可媲美的。
综合而言，不同进出水口位置下的流场模拟结果对比揭示了进出水口位置对汽车散热器性能的重要影响，虽然每种位置都各有优势与局限，但针对特定车型或特定使用条件，优化选择合适的进出水口位置是提高汽车散热器整体性能的关键，因此，为了实现更好的冷却效果，设计者在进行散热器设计时应综合考虑不同进出水口位置带来的流场特性，以及与整体散热系统的协调性，这样的设计优化，不仅能提高汽车的热管理效率，也有助于确保汽车的可靠性与安全性。
用于冬季严寒工况的电动车辆热管理系统背景介绍：
随着电动汽车技术的发展，电动汽车凭借其低噪音、行驶成本低及优越的提速性能等方面受到越来越多的消费者的欢迎。但是电动汽车与传统燃油车相比，在夏季高温、冬季低温尤其是冬季超低温环境条件下电动车的续驶里程和驾驶舱制冷制热需求方面依然存在很大矛盾。因此如何能在不同的环境条件下，兼顾电动汽车的续驶里程和车辆的制冷制热需求是目前电动汽车发展道路上亟待解决的问题。
目前市场上电动汽车乘员舱加热方案主要分为PTC加热和热泵加热两种方案，尤其是热泵方案近年来受到众多主机厂的追捧，然而热泵系统中的冷媒受温度影响较大，若环境温度低于零下十五摄氏度，则无法从环境中吸收热量。若单独使用PTC加热器对车辆进行加热，则造成车辆的热效率较低，严重影响电动车的续驶里程，且风暖PTC的表面工作温度较高，流经PTC的气流较为干燥，车内乘员的热舒适性较差。
现有技术电动车辆热管理系统主要适用在一般温度条件下车辆运行时的热量分配，而不包括极热尤其是极寒温度条件下的热量分配；在冬季室外温度较低的工况下，车子启动时，在短时间内需要大量的热用于除霜除雾，此时系统能耗较高，大大降低了电动汽车的续航里程，在极寒工况下，电动汽车的电池装置处于低温状态，影响车辆的正常启动和运行；风暖PTC的热效率较低，热舒适性较差且PTC的表面工作温度较高，高压元器件安装在乘员舱内危险性较大；目前现有的热管理系统结构复杂，在实际环境工况中的适应性差，且对车头空间结构要求较高，难以满足实际的投入使用。
为解决现有技术存在的问题，奇瑞新能源发明专利提供了一种用于冬季严寒工况的电动车辆热管理系统，包括电驱回路、电池回路、辅热回路及空调回路，通过四通换向阀控制冷却液在电驱回路、电池回路及辅热回路间的流通，同时分别在电驱换热器和电池换热器内与空调回路内的冷媒进行换热，从而实现对整车热量的合理分配，使得电动汽车无论是在夏季还是冬季或是充电状态，电驱、电池及座舱的统一热管理，提高了电动汽车在不同环境下的适应性。
电动汽车的热管理系统：
电动汽车的热管理系统包括电驱热管理回路、电池热管理回路、辅热回路和空调回路。
101-104、电驱热管理-电池热管理-辅热-空调回路，1、散热器，2、风扇，3-11-15、第一-三水泵，9、电机。
电驱热管理回路经过六合一电机，用于为六合一电机进行热管理，回路上还有散热器、风扇、第一水泵、电机换热器、第一三通、第一截止阀、第二三通、第二截止阀和第一四通换向阀。
4-14、电机-电池换热器，5-7、三通，6-8-24-25、第一-四截止阀，10-12、第一-二四通换向阀，13、电池装置。
电池热管理回路设置有第二水泵、第二四通换向阀、电池装置和电池换热器。本实施例的电动汽车热管理系统中，冷却液在电驱回路、电池回路、辅热回路中循环流动，并通过第一四通换向阀和第二四通换向阀调节冷却液的循环方式。
16、水暖PTC，17-18-20、第一膨胀阀，19、蒸发器，21、压缩机，23、暖风芯体，22-26、车内-车外换热器。
辅热回路设置有第三水泵、水暖PTC和暖风芯体。本实施例的电动汽车热管理系统中的电池装置13可以为三元锂电池，电池装置外有电池加热膜用于加热电池。空调回路设置有第一膨胀阀、第二膨胀阀、蒸发器、第三膨胀阀、压缩机、冷凝器即车内换热器、第三截止阀、第四截止阀和车外换热器。本实施例的电动汽车热管理系统中，冷媒在空调回路中循环流动，冷媒的最低工作温度为零下十五摄氏度。
本实施例的电动汽车热管理系统通过电机换热器和电池换热器实现电驱回路、电池回路及空调回路三个回路间的热量传递。第一四通换向阀和第二四通换向阀使得冷却液能够在电驱回路、电池回路及辅热回路之间流通，这样不仅使电动汽车的余热得到最大化利用，同时水暖PTC的使用更弥补了热泵系统在超低温环境的不足。不论在车辆行驶状态还是充电状态，本实施例都可以对系统内的热量进行分配，实现对电机、座舱及电池的统一热管理。
基于电动汽车一直置于户外环境下，因此车辆受户外环境温度的影响较大，寒冷的冬季或炎热的夏季都是影响电动汽车续驶里程的重要因素，尤其是北方冬天超低温的环境温度，对电动汽车的影响最为显著。基于此下述将围绕冬夏两季对电动汽车的运行和充电运行模式进行说明，尤其是冬季环境温度高于零下十五摄氏度和低于零下十五摄氏度两种截然不同的温度情况，对电动车辆热管理系统的工作原理进行说明。
模式一：冬季环境温度高于零下十五摄氏度且车辆刚运行时：
在此工况下，电动汽车的座舱及电池都需要加热。此时在散热器内的冷却液与空气进行换热，使得冷却液的温度与环境温度接近，均大于零下十五摄氏度，经过第一水泵泵出，在电机换热器内温度更低的冷媒与冷却液进行充分换热，此时第一截止阀呈打开状态，第二截止阀成关闭状态，降温后的冷却液流经第一三通、第一截止阀和第二三通回到散热器。
经过作用后，升温的冷媒在空调回路内，经压缩机压缩，温度进一步升高，此时第四截止阀关闭，第三截止阀打开，经过二次升温的冷媒流经冷凝器即车内换热器，并在冷凝器内换热，使得座舱温度升高，而后降温后的冷媒经第三膨胀阀回到压缩机进入下一循环。如此循环往复，在提升座舱热舒适性的同时，也降低了整车能耗。
模式二：冬季除霜工况：
在冬季寒冷条件下，车外冷凝器的温度较低，因此冷凝器会出现结霜的情况，在此情况下，空调回路需在短时间内聚集大量的热用以为车辆除霜。
在此工况下，六合一电机主动加热，电池装置外的电子膜主动对电池装置进行加热，以次来维持车辆的中场启动，同时第一截止阀关闭，第二截止阀打开，使得冷却液在流经六合一电机并将电机的富余热量并入空调回路，与此同时冷却液经第一四通换向阀进入电池回路，通过电池换热器将电池回路内的多余热量用以为提升座舱温度。此时不仅能维持车辆的正常启动，且座舱内的温度得以在短时间内快速提升从而达到为车辆除霜的目的，相比传统的除霜方式，该方式大幅度降低了空调回路对电池的能量消耗，保障了电动车辆在冬季的续驶里程。
模式三：冬季环境温度高于零下十五摄氏度且车辆长时间运行时：
在此工况下，电动汽车经过长时间的运行，电机及电池有些富余的热量也可以用来对座舱进行加热。具体为在模式的工况下，打开第二截止阀，使得冷却液与六合一电机进行换热，而后通过第一四通换向阀进入电池回路，在电池回路内吸收电池装置的富余热量后通过电池换热器的换热作用将电机和电池内的富余热量通过冷媒带入座舱，为乘员舱进行补偿采暖。
模式四：冬季极寒情况即环境温度低于零下十五摄氏度且车辆刚运行时：
在此工况下，冷却液的温度同室外环境温度接近，都低于零下十五摄氏度，冷媒无法从冷却液内获取热量，同时电池和座舱都需要加热。此时辅热回路的水暖PTC打开，经过水暖PTC加热的冷却液经第二四通换向阀进入电池回路对电池装置进行加热，而后流回辅热回路内通过暖风芯体对座舱进行加热。水暖PTC的使用不仅弥补了热泵系统在极寒条件下的使用短板，热舒适性更高，同时避免了风暖PTC的干燥吹风感。
模式五：冬季极寒工况即环境温度低于零下十五摄氏度且车辆长时间运行时：
此时电池装置不需要加热，而座舱仍需加热，在此工况下，水暖PTC仍保持开启状态，但热量将全部供给座舱，用于座舱升温，直至电驱回路和电池回路有多余热量供给座舱。
模式六：冬季电动汽车需要快充时：
由于快充时电池会在短时间内快速升温，而电池最合适的充电温度为二十摄氏度，因此在快充时需要对电池进行及时的降温处理，而若座舱内有人，则此时座舱需要升温处理。所以在此情况下第二截止阀、第四截止阀保持断开状态，通过调节第一四通换向阀和第二四通换向阀使得冷却液只在电池回路内循环。具体为冷媒通过压缩机压缩升温后在冷凝器内放出热量，用以提升座舱温度，之后降温后的冷媒经车外换热器的换热作用后再次降温，经过降温后的冷媒经过电池换热器，在电池换热器内，冷却液和冷媒进行充分换热，而后冷却液温度降低，冷媒温度升高，如此往复循环达到为电池装置降温，为座舱升温的效果。
模式七：夏季电动汽车运行工况：
夏季温度较高，随着电动汽车的持续运行，电池内部的热量累积，最终会导致电池寿命衰减，严重的将会引发火灾，因此需要及时对电池装置进行降温处理。
在此环境条件下，座舱及电池装置均需要制冷模式。因此在空调回路内冷媒经压缩机压缩后流经第四截止阀进入车外换热器，经过车外换热器的冷凝作用后低温高压的冷媒被分为两路。一路流经第二膨胀阀进入蒸发器，并在蒸发器内蒸发吸热为乘员舱进行降温。另一路流经第一膨胀阀进入电池换热器，在电池换热器内冷却液与冷媒进行热交换，从而达到为电池装置进行降温的目的。使得电池装置始终在合适的温度范围内，保证电动汽车的安全运行。
综上所述：本发明的电动汽车热管理系统包括电驱回路、电池回路、辅热回路及空调回路，通 过四通换向阀控制冷却液在电驱回路、电池回路及辅热回路间的流通，同时分别在电驱换热器和电池换热器内与空调回路内的冷媒进行换热，从而实现对整车热量的合理分配，使得电动汽车无论是在夏季还是冬季或是充电状态，电驱、电池及座舱的统一热管理，提高了电动汽车在不同环境下的适应性。尤其是水暖PTC的使用，弥补了热泵系统在极寒条件下的使用短板，且提高了乘员舱的人员舒适性。此外热泵技术的应用使得整车热管理系统更加集成化，在进行车头空间布置时更加紧凑，解决了电动汽车前端进气不足的问题。
总结：
奇瑞新能源汽车提供了一种用于冬季严寒工况的电动车辆热管理系统，包括电驱回路、电池回路、辅热回路及空调回路，通过四通换向阀控制冷却液在电驱回路、电池回路及辅热回路间的流通，同时分别在电驱换热器和电池换热器内与空调回路内的冷媒进行换热，从而实现对整车热量的合理分配，使得电动汽车无论是在夏季还是冬季或是充电状态，电驱、电池及座舱的统一热管理，提高了电动汽车在不同环境下的适应性。
