随着西部大开发战略的进一步深化和丝绸之路的重新提出,汽车和工程机械等车辆设备都将在西部地区进一步蓬勃发展。然而西部地区特有的高原环境阻碍了车辆设备的高效工作,甚至影响了车辆设备的正常运行。最主要的一个原因就是因海拔引起的空气密度和压力变小,导致同等散热条件下的冷却能力不足,发动机出口水温过高。同时还因为海拔的变化导致了冷却液的沸腾温度降低,使得发动机冷却系统极易出现炸锅现象,产生了极大的危害。因此,本文通过对高原冷却系统异于平原环境的热物理关系和工作机理的探索,以及对散热系统的影响要素及其敏感特性分析,借以揭示了高原型车辆的传热规律及设计准则,进而实现对不同海拔和高原地区的冷却系统重新设计及其在车辆的综合应用。论文的主要工作如下:第一,搭建了车辆冷却系统试验平台,设计了试验平台的结构,开发了基于C#语言的测控软件。利用多次实验对测控程序的可靠性及稳定性进行了测试,满足车辆冷却系统试验平台的测控要求。同时,开展了冷却系统在不同转速、流量等条件下的实验研究,实验结果与数值模拟结果的平均偏差在10%以内,验证了数值模拟的准确性和可靠性。第二,开展了冷却系统关键部件散热器的研究,编写了基于MATLAB的管带式散热器计算程序,在验证仿真程序正确的基础上,分别计算不同热物理条件下百叶窗翅片、平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片4种常见翅片散热器在不同海拔地区的空气侧和水侧出口温度、空气侧压降、空气侧换热系数、散热量等参数;分析了海拔变化对不同翅片散热器散热能力的影响,对比了不同翅片散热器在变海拔下的散热特性和风阻特性。最终结果表明:百叶窗翅片散热器具有更优的综合散热性能,可进一步开展散热器的性能优化。第三,针对百叶窗翅片式散热器的散热性能,以翅片质量为约束变量,以翅片厚度、翅片间距、翅片宽度、百叶窗间距、百叶窗角度五个参数为目标变量,在ANSYS Workbench中运用遗传算法对翅片进行多目标优化,得到了 Pareto优化解集和五个参数对翅片压降和散热量的灵敏度。最终优化结果表明:在散热器外形尺寸一定的情况下,空气侧压降降低了 18.04%,散热量增加了 9.92%。第四,研究了采用多风扇布置方式下发动机冷却系统的流动和传热特性。利用CFX软件建立了多风扇冷却系统的仿真模型,在结合实车实验数据保证仿真结果正确的基础上,计算并对比不同海拔下多风扇冷却系统温度场的分布和变化情况;通过改变风扇中心间距和进风口位置,对比不同优化方案对多风扇冷却系统散热性能的影响。该研究可以为工程机械冷却系统的优化设计和高原适应性提供参考依据。