对外“一带一路”、对内供给侧结构性改革等有利政策的实施大大拓宽了工程机械产品的销售市场,国内外日趋严格的污染物排放法规促使相关企业加快了产品更新换代的步伐。工程机械本身工作环境恶劣、作业车速低、热源系统数量多、尾气中污染物密度高,加之大功率发动机的使用对整车冷却系统提出更高要求。因此,通过设计开发高效冷却系统及其散热模块来提升整车热管理水平,提高整车燃油经济性和动力性、降低污染物排放量成为目前工程机械整车热管理领域的研究热点之一。本文结合“面向节能与安全的集成智能化工程机械装备研发”国家科技支撑计划项目,以搭载双循环冷却系统的装载机为研究对象,采用数值仿真与试验相结合的研究方法,对典型工况下的新型散热模块总成的流场特性、传热特性以及冷却风扇的气动性能与气动噪声等进行了分析与改进,为工程实践提供了指导。全文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,对计算流体动力学(CFD)仿真技术理论基础、双循环冷却系统构成与工作原理进行简介,建立了搭载双循环冷却系统散热模块的某50型装载机虚拟风洞仿真模型,根据双循环冷却系统散热模块设计参数与试验车辆散热需求确定Fluent数值模拟边界条件与求解方法,研究分析了装载机动力舱内环境(尤其是散热模块部分)空气侧速度场与温度场分布特征。其次,通过装载机整车热平衡试验验证了虚拟风洞仿真模型计算结果的准确性,并采用CFD软件预测了海拔高度对散热模块传热性能的影响。进一步,研究了冷却风扇与散热器安装间距、风扇形式与后置安装、低温冷却回路散热器冷却液流动路径等对新型散热模块性能的影响,为产品在工程上的性能优化提供了指导。再次,建立冷却风扇性能仿真模型,通过圆弧弯板风扇仿真数据与试验数据对比验证了仿真方法的可靠性。根据新型散热器流量-压力损失特性,依照孤立翼型法与变环量参数设计法设计了一款基于CLARKy翼型曲线的冷却风扇,采用CFD仿真技术对CLARKy翼型冷却风扇的气动性能和气动噪声性能进行了预测,仿真结果表明CLARKy翼型风扇全压、静压、静压效率随流量的变化趋势与圆弧弯板风扇整体变化趋势具有一致性。在气动性能方面,当空气流量小于9.11 m3/s时,CLARKy翼型风扇静压效率高于圆弧弯板风扇,但随着流量的增加二者差值变小;在气动噪声方面,转速为2000r/min时CLARKy总声压级为95.15d B,较圆弧弯板风扇降低3.42%。最后,对于CLARKy翼型风扇,分别研究了叶片夹角不等距分布、分流叶片以及叶顶圆环等结构对风扇气动性能与气动噪声的影响,为风扇性能优化提供了参考。建立4组基于不同翼型风扇的散热模块三维模型,CFD仿真结果表明4组散热模块都不同程度的提升了动力舱后部格栅出口空气流速均匀性。