基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告

基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖1
前言
基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖2


對于傳統車來說,發動機是整車的核心動力設備。當發動機的溫度過高時,不僅影響它的進氣效率及燃燒效率,并且影響它的正常工作,導致停機。因此發動機艙熱管理在整車開發流程中是非常重要的環節之一。

發動機艙熱管理是系統性地對發動機艙內部的散熱情況進行模擬分析和試驗驗證,以保證在不同的工作狀態下發動機艙內的各部件都能夠正常運行,并通過系統性地優化來提高各部件的性能、降低能耗,是整車開發中的十分重要的環節。發動機艙熱管理涉及到造型、總布置、工藝、電器等多方面的要求,需要造型、發動機、車身和電器等部門在開發設計過程中進行充分協調。發動機艙熱管理是一個非常復雜的過程,涉及到發動機冷卻系統匹配、發動機艙內散熱以及發動機艙內關鍵部件保護等。

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三維熱管理仿真流程
基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖5


一般來說,我們可以將三維熱管理仿真分成兩步走:1.風量計算;2.溫度場計算。發動機艙熱管理開始階段,首先我們確定目標值:1.針對風量計算,各工況下定義各換熱器風量目標,即速度目標;2.針對溫度場計算,各工況下定義散熱器進水溫度目標。然后處理幾何模型,將幾何模型轉化成CFD仿真模型。最后進行求解設計并提交計算,根據計算結果進行優化模型直到滿足目標值為止。

基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖6


風量計算
1.目標
格柵進風量,散熱器風速,中冷器風速,冷凝器風速
2.模型
幾何模型:整車數據包含動力總成,底盤系統,車身外飾,電子電器,冷卻系統等。
物理模型:穩態,常密度,分離流,realizable k-epsilon雙方程。
3.網格
體網格采用trimmer網格與邊界層網格形式。
4.工況
怠速,平直道路高速,低速爬坡,高速爬坡,其他。

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溫度場計算
1.目標
散熱器進水溫度,各換熱器風量,格柵進風量,關鍵部件溫度。
2.模型
  • 幾何模型:整車數據包含動力總成,底盤系統,車身外飾,電子電器,冷卻系統等。

  • 物理模型:穩態,理想氣體,分離流溫度,realizable k-epsilon雙方程,surface-to-surface輻射模型。

3.網格
體網格采用trimmer網格與邊界層網格形式。
4.工況
怠速,平直道路高速,低速爬坡,高速爬坡,其他。

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基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖9
模型設置
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風扇MRF域設置
1.穩態計算
  • 風扇MRF域的選取對風量是有一定影響。

  • 徑向上,MRF域應該選擇遠離速度梯度大的區域,比如有護風圈,MRF域的半徑大小應取到護風圈壁面上,并設置這一部分不動。

  • 軸向上,由于前端迎風面距離限制,無特別要求;后端的話,MRF出流面盡可能的長。

2.瞬態計算
采用motion進行計算。

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多孔介質設置
1.局部坐標系
采用三點設置笛卡爾坐標系。

基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖12


2.多孔介質參數設定
  • 粘性阻力系數;

  • 慣性阻力系數。

輻射模型設置
1.共軛傳熱
  • 固體模型不需要選擇radiation模型,這是由于固體非透明,不能輻射傳遞熱量。

  • 換熱器模型不需要選擇radiation模型。

2.Surface-to-surface輻射模型
  • Patch Angularity :150 deg (默認);

  • Patch/Face Proportion:10%,減少計算量,車身;

  • Patch/Face Proportion:50%,排氣管周圍部件。

3.View Factor Solver
  • Number of Beams, 512;

  • Maximum Reciprocity Iterations, 100;

  • Reciprocity Tolerance, 0.0010;

  • Maximum Polygons per Voxel, 100。



基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖13


基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖14
總結
基于STAR-CCM+機艙熱管理分析報告的圖15

1. 不考慮溫度場的風量計算,主要是為了整車前期開發過程中對冷卻系統進行優化。
2. 帶溫度場計算得到的風量精度要高于不帶溫度場的,原因在于帶溫度場計算考慮到溫度對空氣密度的影響。
3.為了更準確的評估散熱器的進水溫度,可以采用1D-3D耦合方式進行仿真。

文章來源北京迪基透 
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