G6-03 · 总成级产品专题 / 风扇与冷却风扇模块
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能定护风罩形式（环形/箱型）、叶尖间隙、风扇轴向位置与覆盖率
- 能设计压力泄流门实现高速冲压风与低速风扇的自适应
- 能用 CFD（MRF+多孔介质）评价芯体迎风面风速均匀性与死区
- 能判 puller/pusher 布置与再循环风险并做密封
- 能把风扇特性、护风罩损失、散热器阻力合成一个前端工作点
内容大纲
- 护风罩的功能与形式
- 导流、密封、防再循环、支撑风扇四项职责
- 环形罩 vs 箱型罩，收口段与扩压段
- 覆盖率与散热器角部死区
- puller（吸风，主流）vs pusher（吹风）布置权衡
- 叶尖间隙与再循环
- 叶尖—护风罩间隙：泄漏损失 vs 制造/振动/热膨胀/长期蠕变老化叠加的最坏包络（本课只给包络方法，塑料罩体蠕变数据与寿命末期变形量的取值来源转 G6-04）
- 叶尖环与护风罩配合抑制叶尖泄漏与噪声
- 风扇轴向插入深度/投影量
- 罩内高低压区短路（再循环）路径与封堵；封堵件（密封条/唇边/挡风板）按压缩量有效窗口与老化后回弹选型，材料谱系与耐久转 G7-06、C2-10
- 压力泄流门与车速自适应
- 高车速冲压风远大于风扇能力，风扇反成阻力
- 泄流门/单向翻板在冲压工况打开旁通降阻
- 低速/怠速关闭、全部走风扇
- 与主动进气格栅 AGS 的协同（转 G7-04）
- 前端匹配与流场均匀性
- 风扇特性 ∩（散热器+冷凝器+LTR+护风罩+格栅）阻力 = 工作点
- 迎风面风速均匀性指标与死区量化
- 层叠换热器空气侧串扰、上游遮挡（转 G7-02）
- 芯体多孔介质阻力标定 Δp = a·v + b·v²
- CFD 与验证
- MRF/滑移网格建风扇，多孔介质建芯体
- 有/无冲压风两套边界，评价泄流门开闭
- 均匀性、再循环、工作点风量的判据
- 三级实测拴住 CFD：零件级芯体空气侧阻力标定台 → 模块总成台架（面风速测点网格、均匀性 1−σ_v/⟨v⟩、死区面积占比、过芯风量，离车可反复拆改对比）→ 整车级风洞（整车冷却阻力与旁通/过芯风量转 L5-02）
关键公式
ΔP_front = ΔP_芯体 + ΔP_护风罩 + ΔP_格栅
前端空气侧串联阻力叠加，得前端合成阻力线
Δp = a·v + b·v²
换热器芯体空气侧阻力（黏性+惯性两项），由实测风速-压降拟合
覆盖率 = 风扇扫掠面积 / 散热器迎风面积
影响来流均匀性与角部死区程度
ΔP_fan(Q) = ΔP_front(Q)
前端合成阻力线与风扇特性曲线交点即工作点
均匀性 = 1 − σ_v/⟨v⟩
迎风面风速标准差/均值，量化死区与来流不均
关键概念
护风罩叶尖间隙再循环压力泄流门puller/pusher覆盖率多孔介质模型MRF迎风面均匀性死区冲压风叶尖环
推荐工具与标准
STAR-CCM+ / Fluent（MRF + 多孔介质前端建模） KULI（前端冷却模块一维匹配） GT-SUITE（冷却系统联算） 风洞（冷却气流/均匀性实测） 芯体空气侧阻力标定台 冷却模块总成空气侧台架（面风速网格、均匀性与过芯风量实测）
AMCA 210 / ISO 5801（风机气动性能试验方法） SAE 前端冷却模块/散热器相关标准（编号以现行版为准） GB/T 汽车散热器相关标准
工程案例
某纯电 SUV 高速巡航时冲压风充足、风扇却空转成阻力，散热器有效风量反被压低；怠速快充时角部又有死区。整改：护风罩加压力泄流翻板，高速自动打开旁通降阻、风扇停转，低速关闭全走风扇；用 MRF+多孔介质 CFD 校核两工况均匀性与工作点，死区缩小、两头都能满足散热。
动手做
交付物 · 对一个三层芯体前端做匹配：① 拟合芯体空气侧 Δp=a·v+b·v²，叠加护风罩/格栅得前端阻力线，与风扇特性求工作点；② 用 CFD（MRF+多孔介质）算怠速迎风面均匀性、找死区；③ 提一版护风罩改进并复算收益。交付匹配报告与均匀性云图。
常见误区
- 护风罩不密封，风扇吸风一半从散热器旁边短路再循环，有效风量虚高
- 叶尖间隙一味求小，忽略振动与热膨胀包络，运行中叶尖蹭罩
- 高车速下忘了风扇本身是阻力、没有泄流门，冲压风反被挡在外面
- 覆盖率不足或风扇偏置，散热器角部大片死区，用平均风速高估散热
- CFD 芯体只给一个平均阻力，不用 Δp=a·v+b·v² 两项拟合，低/高风速两端都不准
- 把封堵件当「零成本的免费午餐」：只定位置不定压缩量与材料，机舱高温+振动+融雪盐下密封件产生压缩永久变形，寿命末期回弹不足、再循环重新出现（密封件谱系与耐久试验见 G7-06、C2-10）
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