這期還是想趁熱打鐵，再次夯實一下Amesim的基礎知識和建模例子學習，一樣分享給大家共同學習一下。

一、再談熱管理基礎

1. 導熱與熱流

導熱概念：φ = -λ×A×（dt/dx），代表單位時間內通過該層的導熱熱量與當?shù)氐臏囟茸兓室约捌桨迕娣eA成正比，其中λ為熱導率，也叫導熱系數(shù)，公式中負號代表熱量傳遞方向與溫度升高方向相反。

λ參數(shù)（W/Mk）常見的純鋁為237，純銅為401，鋼為36~54，ABS為0.25，PP為0.21~0.26，橡膠為0.19~0.26，玻璃為0.5~1等等，同一材料導熱系數(shù)與溫度等有關。

一維穩(wěn)態(tài)導熱：

q = φ/A = λ×（dt/dx）

熱流量（電流）：單位時間內通過一定面積的熱量

熱流密度（面積熱流量）：電流密度：單位時間內通過單位面積的熱流量，單位W/m2。

一個小例子：已知某材料厚度為25cm，內外表面溫度為25℃和30℃，計算壁內的溫度分布和通過的熱流密度

Step1：選擇材料

注：材料選擇“User define”，Type of definition 選擇constant value，熱換效率選擇0.87。

Step2：點擊換熱元件，選擇平面類型換熱（還有圓柱等等類型，之前說過）

Step3：面積設置1平方米，厚度250mm

Step4：仿真：

結果為-17.4w/m2，這個和使用公式計算結果相同。

可以根據(jù)產品的表面積和溫升要求推算材料采用何種換熱模式：

2. 對流

指由于流體宏觀運動，從而使流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程，僅發(fā)生在流體中，對流的同時必然伴隨導熱現(xiàn)象。

根據(jù)對流是否發(fā)生相變分有相變的對流換熱和無相變的對流換熱；根據(jù)引起流動原因分自然對流和強制對流。

根據(jù)牛頓冷卻公式，熱流密度 q = hδt ，熱流量φ = Ahδt，其中h為比例系數(shù)，即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/(m2.K)

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大小不僅取決于物體的物性、換熱表面的形狀、大小相對位置，而且與流體的流速有關。

一些對流的表面系數(shù)如下：

空氣自然對流一般是3~10，空氣強制對流是20~100，水自然對流是200~1000，水強制對流是1000~15000，水沸騰時2500~25000，相變是10000~100000

3. 輻射

物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。

輻射與吸收過程的綜合作用造成了以輻射方式進行的物體間的熱量傳遞稱為輻射換熱。

自然界中的物體都在不停向空間發(fā)出熱輻射，同時又在不斷的吸收其他物體發(fā)出的輻射熱，這說明了輻射換熱是一個動態(tài)的過程，當物體與周圍環(huán)境溫度處于熱平衡時，輻射換熱量為零，但輻射與吸收過程依舊在不停運行，只是輻射熱和吸收熱相等。

導熱和對流兩種熱量傳遞方式均需要物質存在的條件下實現(xiàn)，而輻射不需要中間介質，在真空中的輻射傳遞最有效。

玻爾茲曼定律：熱流量：

e為發(fā)射率(黑度)，值總小于1，與物體種類和表面狀態(tài)有關，a為黑體輻射常數(shù)：5.67×10(-8次方）(m2.K4)

換熱量：

小例子：一個邊長為10cm的立方體鋁塊放置空氣中，平均溫度1000℃，環(huán)境溫度20攝氏度，2h后溫度多少？

Step1：快速建模如下：

同理設置左邊的換熱角度為0度

Step2：終止時間設置7200s，運行仿真：

2h后整個物體溫度為28度：

黑度的參數(shù)(部分)：

若對于一個面的傳熱分析，一般存在三個環(huán)節(jié)：熱流體->壁面高溫側；壁面高溫側->壁面低溫側；壁面低溫側->冷流體

若是穩(wěn)態(tài)過程則通過串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同

φ = Ah1(tf1 - tw1), φ = Aλ/δ×(tw1 - tw2), φ = Ah2×(tw2 - tf2)

這個過程是非常典型的換熱器的計算過程。

上式整理：φ = A(tf1 - tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)

也可表示為：φ = Ak(tf1-tf2) = Akδt，k為傳熱系數(shù)，單位W/(m2.K)

傳熱系數(shù)K = 1/（1/h1+δ/λ+1/h2）

熱量傳遞是自然界的一種轉換過程，規(guī)律為過程中的轉換量 = 過程中的動力/過程中的阻力。動力為溫度，阻力為熱阻。

對于三層平壁穩(wěn)態(tài)導熱，這種傳熱也比較常見，和電阻串聯(lián)類似：

換熱量由下式計算：

一個小例子，由三層材料組成的加熱爐墻，耐火磚+硅藻絕熱層+紅磚，厚度和導熱系數(shù)分別是：φ1 = 240mm，λ1 = 1.04w/(m.℃)，φ2 = 50mm，λ2 = 0.15w/(m.℃)，φ3 = 115mm，λ3 = 0.63w/(m.℃)，爐內側耐火磚表面溫度為1000℃，求硅藻層的平均溫度及通過爐墻的導熱熱流密度。

注意：Amesim中給出的都是平均溫度，所以對于不均勻溫度需要取平均

理論計算：q = (t1-t2)/(φ1/λ1+φ2/λ2+φ3/λ3) = 1259w/m2

t2 = t1 - q×φ1/λ1 = 700℃

t3 = t2 - q×φ2/λ2 = 289℃

Amesim快速建模如下，根據(jù)參數(shù)設定初始值，這里設置墻長寬1m為了方便計算熱流密度：

設置材料參數(shù)：

因為導熱只能導到中間，所以導熱長度只能選擇壁面厚度/2

結果大家可以自行計算和理論比較。

二、空調系統(tǒng)與新能源熱管理

其實對于整體建立整車的熱管理總體可以分成如下幾個方面：

• 整車模型

• 電池、電機、(增程器/發(fā)動機)模型

• 空調系統(tǒng)（AC,HP）

• 駕駛乘員倉

• 電池、電機冷卻系統(tǒng)
  

搭建系統(tǒng)對于1D,3D耦合仿真，和simulink聯(lián)立建立控制策略的分析，我們的目的也是這個，冷卻系統(tǒng)的匹配，實際駕駛工況以及制冷采暖對于續(xù)航的影響分析，電池降溫和保溫的分析策略，這是利用Amesim可以做的。

Amesim對于制冷系統(tǒng)的解決方案：（管路的分析，制冷劑的分析，零部件如EDC的分析，和Simulink聯(lián)合仿真等等）

對于空調制冷系統(tǒng)而言：

1. 壓縮機：1D建模只需要考慮機械效率、容積效率和等熵效率，相對較為簡單；
   

2. 熱力膨脹閥主要考慮各個相線的map，電子膨脹閥取決于控制策略。

3. Amesim需要注意的建模是換熱器的建模

   
   

換熱器的建?？梢曰趯嶒灁?shù)據(jù)，就是根據(jù)風側和制冷劑側的換熱函數(shù)得到散熱器的換熱量，通過數(shù)表的方式建模。

對于單相的換熱器，可以通過實際數(shù)據(jù)回歸擬合NTU方程去模擬實際參數(shù)。

大家可以看一下demo help去學習一下demo，換熱器是可以在amesim中進行建模和標定的。

對于空調建模基礎和Amesim基本了解就到這里，后面主要還是回歸到實際的制冷系統(tǒng)建模和Simulink聯(lián)合仿真的學習和實例上來。

完。

文章來源：有溫度的汽車人