這期和大家一起學習下Amesim在熱管理領域的建?；A知識，其實對于軟件的學習，知道軟件基本的操作和流程之后，就是對照著實例去學習，有問題先查資料和看help文檔，實在不會的上論壇百度等搜索，再搞不定的就去請教用過或者會的人，這樣的效率是最高的，誠然，從基礎到精通，現在不適合像學生時代一樣先搭建總體的框架再一個個功能去學習，那樣太枯燥并且比較慢，每個人都有適合自己的學習方法，僅供列位參考！

一、基礎回顧

我們回顧一下之前學習的仿真流程：

從左到右分別是：

1）草圖模式：簡而言之就是類似于Simulink一樣，搭建系統的組件，俗稱搭積木，模型要搭建完整，所有端口必須連接；

2）子模型模式：目的是給每個元件分配不同的數學方程，方便后面解算使用（不知道可以看help以及可以選擇最簡化一鍵配置）；

3）參數模式：對于數學方程的參數和元件參數進行設定；

4）仿真模式：選擇求解器，仿真時間和采樣頻率。

二、熱管理基礎知識

1. Amesim中與熱相關的庫
   

   Pneumatic：氣體相關庫，對流等等

   Thermal：固體相關，熱傳導，熱輻射等

   Thermal Hydraulic：流體相關，流體固體對流換熱
   

2. 基本理論

對于Thermal庫中，基本元件分類如下所示：

傳感器可以獲得熱源，熱計算用來計算換熱和熱輻射、熱對流等，濕空氣屬性對于乘員倉計算需要用到。

如上圖，每一個元件的接口代表了和外界的特性、屬性接口，比如上圖，對于熱容模塊，熱容僅僅代表了一個溫度狀態，是計算溫度反應材料屬性和溫度的變化。對于換熱的三種方式，前提條件是具備溫差才能進行換熱。熱傳導模塊的輸入是溫度，輸出是熱量，對于端口1和2是剛好相反：

其他模塊同理，在使用時候一定要注意輸入和輸出是什么。

其他的對于濕空氣主要需要考慮和假設的是換熱的濕空氣容腔和濕空氣流路建模部件，而對流換熱內部或外部對流換熱、自然和強制對流和密閉空間的對流換熱；對于太陽或者地表或者其他部件熱源的熱輻射主要考慮物體透明和不透明表面以及反射、投射和吸收熱量的計算。

2.1 各個元件參數設定和理論

2.1.1 材料定義

定義固體的材料屬性（鐵、銅、鋁等常見材料）包括：密度[Kg/m3]，比熱[J/Kg/℃]，熱導率[W/m/℃]，定義方式有：選擇庫中已有材料、定義為常量、定義為文件或者表達式、屬性定義擬合。

2.2.2 熱容計算

• 和材料質量和體積有關

• 溫度計算：計算各個端口的熱量引起的變化

• 熱容本身存儲能量評估

  
  

  

重要概念：熱容的集中參數法，這里說的意思是比如做電池熱管理仿真，是考慮整個電池包當成一個熱容還是一個電池模組或者電池單元看成一個熱容。電池溫差各個模組不一樣，如果把電池單元看成一個熱量是不足以分析電池溫差和溫度分布情況的，所以就需要分解，通過Bi參數選擇：

上式中，L是固體的換熱特征長度，h是對流換熱系數，λ是固體的導熱率

1. 當Bi <<1，適合單個熱容建模方式

2. 當Bi>>1,需要將熱容離散成多個質量塊

3. 若Bi<<1，固體中的導熱熱阻遠小于流過流體邊界層的對流熱阻，可以假定固體內溫度分布均勻，則Bi越小，表示內熱阻越小，外部熱阻越大。

4. 對于瞬態問題，采用集總參數法求解，稱Bi<<1的問題為熱簡單問題，若Bi>>1,意味著物體內部溫度場的不均勻性非常強，是復雜問題

5. Bi<= 0.1,熱傳導是迅速的，Bi>0.1 對流換熱是迅速的

   
   

2.2.3 熱傳導計算

輸入：溫度，輸出：熱量

熱傳導的五種設置方式：

1. 通用熱傳導：dh = G.A.δT

2. 線性熱傳導：dh = λ.A/dist × δT

3. 圓柱管道徑向熱傳導：dh = 2.π.λ.L /Ln（din/dout）.δT

4. 基于形狀因子的熱傳導：dh = λ.sf.δT

5. 兩種不同材料的熱傳導：

   dh = δT/（dist1/λ1.A  + dist2/λ2.A +RC）

對于形狀因子的熱傳導因為考慮了物體形狀對熱傳導的影響，實際用的比較少；重點是對于兩個不同材料的熱傳導，需要考慮接觸熱阻：兩個固體表面的界面處的熱傳導存在明顯的溫度梯度，而實際結構中，真實的熱傳導并不理想，接觸間隙中填充的空氣或者流體影響，相應熱導系數G定義如下：

φ = G(T1-T2)

2.2.4 對流換熱

雷諾數反應對流狀態，普朗特數反應流體參與換熱的比例，格拉斯霍夫數和雷諾數配合使用。

對流換熱計算：

其中，h為對流換熱系數，λ是流體熱導率，dim是換熱特征長度

強迫對流換熱是雷諾數和普朗特數的常數：Nu = f(Re,Pr),其中Re是慣性力和粘性力的比值，其中：

上式中U為流體速度，Dh為水力直徑，V為運動粘度，μ為絕對粘度，Cp為比熱，λ為流體熱導率，α為熱擴散率。

自然對流換熱：Nu = f(Gr,Pr) = C(Gr.Pr)的n次方 = C.R×a的n次方，對于層流換熱，n = 0.25，對于湍流換熱，n=0.33

在Amesim中如上的參數可以通過軟件設定，對于特定系統，如何決定強迫對流和自然對流的比例通過如下計算：

Gr/Re平方，若<<1，則忽略自然對流，若>>1，則忽略強迫對流，若≈1，則都需要考慮。

對于一般的通用換熱器我們得到換熱量由換熱效率乘以最大換熱能力，最大換熱能力由Cmin×（Thotin - Tcoldin），Cmin是最小熱熔率，通過C=dm×Cp計算，最小熱容即為兩個物體的最小熱容，Thotin和Tcoldin為熱邊溫度和冷邊溫度。

而換熱效率 = f(Ntu,Cmin/Cmax), Ntu = UA/

而UA = 1/（Rth1+Rtall + Rth2）等效熱導，展開如下：

UA = 1/（d1/(Nu1×λ1×A1) + 1/Gtall + d1/(Nu1×λ1×Atu2)）->

Nu= α×Re×Pr（就是要確定這個，A，d1都是換熱器的參數）

其中d1/(Nu1×λ1×A1)為水側的熱阻，d1/(Nu1×λ1×Atu2)為風側的熱阻，1/Gtall為接觸熱阻

3. 基礎熱管理建模

3.1 熱管理基本建模思路

我們對于熱部件的建模獲取的最終結果是溫度，但是溫度只是一個發熱和換熱結果的反映，發熱邊界+流量系統+對流換熱是建模的必須要做的三件事情，也就是把一個系統拆解成這三件事去建模。

對于熱流體屬性Amesim提供了專業庫，一般情況可以直接在庫中找到，對于熱流體屬性提供三種計算模式：能量平衡模式（計算溫度變化的模式）、等熵模式、等溫模式。

關鍵概念：容性和阻性，容性：輸入流量和輸入壓力，阻性：根據變壓差算流量。

3.2 一個簡單地冷卻回路搭建

Step1：元件獲取

從熱庫和1D機械庫提供一個離心泵和一個泵源：

從信號庫中取一個變化轉速：

再從熱壓庫取一個管路：

再取一個控制器水套：

再從heat庫獲取一個氣液換熱器

再加上膨脹水箱，節流孔和熱容，再連接線，所有元件均在熱阻庫、熱容庫和熱庫中可以找到。

可以暫時先不考慮溫度標定，可以先做流量標定，首先添加一個溫度口，先保證流量正確：

整理后建模如下：

Step2：子模型選擇

先按照實際回路等效，從源頭依次選取，如果是庫的元件每一個元件都必須選取。

冷卻液的選擇

材料選擇一般材料：

泵選擇熱液壓泵（熱管理）：

對于管路選擇簡單地第一個，代表盡量保證前后元件直連，這里有這么多選擇的目的是管路既有容性也有阻性，適應不同的場合。

后續元件都選擇第一個，選擇完畢后可以點擊一鍵默認，若出現報錯，則代表不能直連，建議加管路或者熱阻容元件。

在demo中保存一個整車模型過來：

這樣我們可以通過demo實現對于各種邊界情況的換熱分析。

Step3：仿真

這里不得不說有很多注意的地方，第一個就是對于氣液換熱器需要選擇定義氣體類型（空氣），需要加一個HeatStack用于表示換熱器外部，最后設置水泵運行轉速就可以仿真了。

未完待續。。。

Amsim中有很多需要設置的參數，如上只是設置一部分，關于換熱器的內部參數設定如何進行，還是需要再努力學習。

文章來源：有溫度的汽車人