發(fā)動機冷卻
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-22
發(fā)動機冷卻的視頻教程
Hypermesh熱固耦合熱對流全流程案例講解
典型場景包括汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化、新能源電池包低溫保溫設(shè)計、電子設(shè)備散熱路徑規(guī)劃，以及航空動力艙瞬態(tài)熱流分析。此外，工業(yè)爐窯熱效率提升和多物理場耦合仿真（如熱 - 結(jié)構(gòu)交互）也是其核心應(yīng)用領(lǐng)域。
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關(guān)于 ECM 鋰離子電池、單節(jié)電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真
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發(fā)動機冷卻的實例教程
隨著汽車對要求發(fā)動機的功率也不斷提高，其體積和散熱量也相應(yīng)增加，但是在汽車整車總布置中，在有限的發(fā)動
機艙的空間里，隨著許多附加熱交換器（例如中冷器、變速器機油冷卻器、發(fā)動機機油冷卻器、空調(diào)冷凝器和助力轉(zhuǎn)向機油冷卻器）的安裝，散熱條件越來越糟糕，留給散熱器的空間也越來越小。因此設(shè)計一個可靠和高效率的發(fā)動機冷
卻系統(tǒng)，用最小的散熱器將發(fā)動機增加的熱量散發(fā)到周圍空氣中去，在汽車整車開發(fā)過程中變得更加重要。Kuli 是一個不錯的設(shè)計和仿真軟件，本帖則將介紹如何利用Kuli設(shè)計發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的過程和方法。
1 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的建模
以一貨車的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計過程為例，介紹應(yīng)用仿真計算方法在Kuli 軟件中比較和確定冷卻系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)。該貨車發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)屬于強制循環(huán)水冷系統(tǒng)。
1.1 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的模型
根據(jù)貨車的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計了格柵、散熱器、機械風(fēng)扇、內(nèi)部壓降（在Kuli 軟件中為內(nèi)部阻力模塊，Built-in resistance）和出口壓降（在Kuli 軟件中為CP-Valve 模塊，Built-in resistance）仿真模型，這些模型主要包括三類信息：
（1）部件外形尺寸和位置參數(shù)；（2）流體模型，主要涉及到內(nèi)部流動流體（冷卻液）和外部流動流體（空氣）的壓力損失特性；（3）部件的傳熱特性。以下主要以入口壓降、風(fēng)扇和內(nèi)部壓降模型為例介紹發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的建模技術(shù)。
圖1 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的仿真模型
1.2 入口壓降模型
入口壓降模型在Kuli 軟件中用CP 閥模塊表示，它有相對方法、絕對方法和總壓力方法3種方式計算壓力差。其中用相對方法計算壓降的模型如下：
△p = cp× ρ/2 ×（v∞-vin）2 （1）
其中：cp———系數(shù)，取值0.9；ρ———空氣密度；v∞、vin———汽車格柵前、后空氣速度。
展開 發(fā)動機潤滑油在低溫狀態(tài)下粘度上升，流動性變差，造成潤滑不均勻，加劇了內(nèi)部的磨損。
總的來說，工作溫度過高過低不但使燃料消耗量增加動力下降，還會導(dǎo)致發(fā)動機磨損增加，影響使用壽命。發(fā)動機的溫度在40攝氏度時的磨損量是90度時的5倍，如果溫度太高，發(fā)動機零部件的機械強度下降，也會造成發(fā)動機過早損壞。
發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的工作原理
顧名思義，冷去系統(tǒng)的功能是將發(fā)動機受熱部件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，對發(fā)動機進行冷卻，使其保持在正常的溫度下工作。一般以冷卻介質(zhì)分為風(fēng)冷系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)，隨著汽車發(fā)動機功率越來越大，對散熱的要求也越來越高，風(fēng)冷系統(tǒng)由于很難達(dá)成均勻的散熱效果，容易使一些部件造成過熱損傷發(fā)動機，并且散熱效率不如水冷系統(tǒng)好，所以現(xiàn)在汽車幾乎全部使用了水冷式散熱系統(tǒng)。本次只為大家詳細(xì)介紹水冷式冷卻系統(tǒng)。
汽車發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在發(fā)動機的冷卻水道中循環(huán)流動，將發(fā)動機多余的熱量帶走，使其保持在最佳工作溫度。這種為發(fā)動機降溫的循環(huán)模式被稱為主循環(huán)，而主循環(huán)模式還必須設(shè)置成兩種不同的冷卻循環(huán)模式來保證發(fā)動機在不同工況下更好的工作，即冷車循環(huán)和正常循環(huán)，也就是老司機口中常說的小循環(huán)與大循環(huán)。
冷車循環(huán)（小循環(huán)）是指在發(fā)動機冷啟動后，溫度較低的冷卻液不會將節(jié)溫器打開，此時冷卻液只經(jīng)過水泵在發(fā)動機的水道中進行循環(huán)，目的是使發(fā)動機盡快達(dá)到正常的工作溫度，等發(fā)動機溫度上升，冷卻液溫度達(dá)到節(jié)溫器設(shè)定值（一般為80度）時，節(jié)溫器閥門打開，冷卻液進行正常循環(huán)（大循環(huán)），這時冷卻液從發(fā)動機水道中流出，經(jīng)過車頭位置的散熱器，進行散熱，水泵再將散熱冷卻后的冷卻液送人發(fā)動機進行冷卻循環(huán)，節(jié)溫器負(fù)責(zé)控制循環(huán)模式的切換，使發(fā)動機盡量保持在最佳工作溫度。
展開 汽車空調(diào)系統(tǒng)與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的耦合分析<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-13 18:17:07被hawk評為5星級，為發(fā)貼者加分100。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
汽車空調(diào)系統(tǒng)與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的耦合分析.pdf
分析目標(biāo)
發(fā)動機冷卻風(fēng)扇屬于高速旋轉(zhuǎn)件，主要受到自身旋轉(zhuǎn)引起的不平衡慣性力和通過軸承及皮帶傳遞過來的發(fā)動機振動激勵。二者都有可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)件渦動加劇而失穩(wěn)。
基于MeshFree對發(fā)動機冷卻風(fēng)扇進行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析，以進行轉(zhuǎn)子動力學(xué)校核及振動響應(yīng)分析。并對三種方案進行評估選優(yōu)。
三種方案及主要參數(shù)
?主要區(qū)別在于聯(lián)軸及支承軸承方案
?軸承選用雙列球軸承，支承剛度影響因素眾多，暫無準(zhǔn)確數(shù)值。單個軸承徑向支承剛度估算在10^6N/mm量級
?計算中對風(fēng)扇軸芯部分簡化，并將皮帶及軸承以外零部件不納入風(fēng)扇轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行計算。
?計算模型零部件總數(shù)在40個左右。
分析步設(shè)置
彈性支承模態(tài)分析-轉(zhuǎn)子動力學(xué)校核
約束模態(tài)動力學(xué)頻響分析-在發(fā)動機振動激勵下的響應(yīng)分析
工作流程
結(jié)果示意（詳細(xì)結(jié)果及分析見文檔附件）
Demo視頻
見視頻附件（可惜無聲），基本包含一些建模過程的注意的細(xì)節(jié)。
感受
精度較高，這是邊界元半解析求解原理決定，可以用于詳細(xì)分析；
計算量略大于同復(fù)雜度等級FEA；
前處理自動化程度很高，但接觸識別計算量較大，感覺對幾何配合精度要求較高；
目前限于線性分析，好像還沒法做接觸非線性；
操作簡單易上手，既適合設(shè)計工程師做一些簡單分析，又適合CAE工程師求解一些規(guī)模較大精度要求較高的模型。
附件
MeshFree案例201907-冷卻風(fēng)扇振動校核.pdf
FAN-modeAnalysis-Demo201907.part1.rar
FAN-modeAnalysis-Demo201907.part2.rar
展開 分析目標(biāo)
發(fā)動機冷卻風(fēng)扇屬于高速旋轉(zhuǎn)件，主要受到自身旋轉(zhuǎn)引起的不平衡慣性力和通過軸承及皮帶傳遞過來的發(fā)動機振動激勵。二者都有可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)件渦動加劇而失穩(wěn)。
基于MeshFree對發(fā)動機冷卻風(fēng)扇進行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析，以進行轉(zhuǎn)子動力學(xué)校核及振動響應(yīng)分析。并對三種方案進行評估選優(yōu)。
三種方案及主要參數(shù)
?主要區(qū)別在于聯(lián)軸及支承軸承方案
?軸承選用雙列球軸承，支承剛度影響因素眾多，暫無準(zhǔn)確數(shù)值。單個軸承徑向支承剛度估算在10^6N/mm量級
?計算中對風(fēng)扇軸芯部分簡化，并將皮帶及軸承以外零部件不納入風(fēng)扇轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行計算。
?計算模型零部件總數(shù)在40個左右。
分析步設(shè)置
彈性支承模態(tài)分析-轉(zhuǎn)子動力學(xué)校核
約束模態(tài)動力學(xué)頻響分析-在發(fā)動機振動激勵下的響應(yīng)分析
工作流程
結(jié)果示意（詳細(xì)結(jié)果及分析見文檔附件）
Demo視頻
見視頻附件（可惜無聲），基本包含一些建模過程的注意的細(xì)節(jié)。
感受
精度較高，這是邊界元半解析求解原理決定，可以用于詳細(xì)分析；
計算量略大于同復(fù)雜度等級FEA；
前處理自動化程度很高，但接觸識別計算量較大，感覺對幾何配合精度要求較高；
目前限于線性分析，好像還沒法做接觸非線性；
操作簡單易上手，既適合設(shè)計工程師做一些簡單分析，又適合CAE工程師求解一些規(guī)模較大精度要求較高的模型。
附件
MeshFree案例-冷卻風(fēng)扇振動分析.pdf
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/535315
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發(fā)動機冷卻的最新內(nèi)容
隨著非化石能源開發(fā)與儲能技術(shù)的跨越式發(fā)展，新能源汽車及高密度數(shù)據(jù)中心對儲能設(shè)備的能量密度提出了極高的要求。在充放電循環(huán)中，動力電池內(nèi)部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產(chǎn)生。若無法及時耗散熱量，局部熱點的積聚不僅會加速電池老化，在極端工況下更易引發(fā)熱失控（Thermal Runaway），導(dǎo)致電池起火乃至爆炸的災(zāi)難性后果。因此，構(gòu)建高效、安全的熱管理系統(tǒng)是突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的核心任務(wù)。
傳統(tǒng)的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大
連桿作為發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)中的關(guān)鍵受力件，對強度、硬度、組織一致性以及尺寸穩(wěn)定性要求極高，一旦模鍛流線、殘余應(yīng)力或淬火冷卻控制不當(dāng)，極易在后續(xù)機加工和裝配過程中暴露出質(zhì)量波動問題，影響裝機一致性與批量交付穩(wěn)定性。
從 1200℃ 模鍛到 850℃ 水淬，如何系統(tǒng)降低硬度離散、組織異常與淬火變形？
在課程中，您將從基礎(chǔ)理論逐步過渡到對各種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（包括羅茨泵、隔膜泵、內(nèi)齒輪泵、擺線泵、攪拌罐、渦輪攪拌的生物反應(yīng)器、制動盤傳熱、發(fā)動機電子冷卻以及鉆井泥漿分離器）的詳細(xì)動手建模與分析。每個模塊都結(jié)合實際工業(yè)場景，介紹特定機器或工藝的工程原理、幾何建模、網(wǎng)格劃分策略、求解器配置及仿真設(shè)置。
在汽車、船舶、新能源動力等制造領(lǐng)域，發(fā)動機試驗是研發(fā)與質(zhì)檢的核心環(huán)節(jié)，直接決定發(fā)動機的性能、可靠性和安全性。而支撐這一關(guān)鍵場景的，正是發(fā)動機試驗鑄鐵平臺——它被譽為大型實驗室的“地基”，外表低調(diào)沉默，常年隱藏在發(fā)動機、測功機等設(shè)備之下，卻默默扛起整個測試系統(tǒng)的重任，承受著巨大的載荷和劇烈的振動，成為動力試驗不可或缺的硬核支撐，守護著每一次試驗的順利進行和每一組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)可靠。
在射出成型領(lǐng)域中，冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要。塑件必須冷卻固化至特定溫度，脫模頂出時才能具備足夠的剛性，以避免塑件因外力產(chǎn)生變形，并可保持尺寸穩(wěn)定性。此外，冷卻時間占整個成型周期70%-80%的時間，因此良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮減成型周期、提升產(chǎn)能。
然而對許多大型產(chǎn)品的模具而言，水路數(shù)量多且復(fù)雜，這導(dǎo)致在分析之前，須耗費大量時間整理模具中各群水路的進出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理
概述：
心血架是一種打開被斑塊堵塞的血管的醫(yī)療設(shè)備。支架的常用材料是鎳鈦合金鎳鈦。在制造過程中，支架被退火和淬火成特定形狀。退火法是一種使支架在高溫下保持一定時間的熱處理，而淬火過程是將支架浸入淬火劑中，以一定的速度冷卻。支架的冷卻速度應(yīng)加以控制，因為冷卻速度太慢對制造過程效率不高，而冷卻速度太快會增加支架的脆性，導(dǎo)致熱誘發(fā)應(yīng)力和裂紋。
在本次模擬中，我們模擬了退火支架從 400°C 到室溫
圖4 空氣冷卻式發(fā)動機的設(shè)計（b）
?
8、確定邊界條件并運行模擬。
設(shè)計(c)
9、重復(fù)步驟7-8，但使用設(shè)計(c)的幾何形狀。設(shè)計(c)幾何形狀的示意圖如圖5所示。相應(yīng)的結(jié)果如圖7(a)和7(b)所示。
圖5 空氣冷卻式發(fā)動機的設(shè)計(c)
由于質(zhì)量被用作評估設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，因此我們需要計算出該幾何體的質(zhì)量。
在工業(yè)自動化、能源、冶金、注塑成型及重型機械等高要求應(yīng)用場景中，高壓比例閥作為精準(zhǔn)控制流體壓力與流量的核心元件，性能穩(wěn)定性直接關(guān)系到整套系統(tǒng)的運行效率與安全性，然而在持續(xù)高負(fù)載、高頻率或高溫工況下，高壓比例閥是否需要配備冷卻機制？這一問題常被工程師們關(guān)注，今天諾冠（IMI Norgren）作為全球領(lǐng)先的流體控制解決方案提供商，為您深入解析高壓比例閥的熱管理需求及冷卻實現(xiàn)方式。
諾冠官網(wǎng) IMI
在實務(wù)上，為了能完整的重現(xiàn)射出成型結(jié)果，我們建議使用Moldex3D進行完整的成型分析，以利于掌握所有細(xì)節(jié)。不過在投入時間進行建模與分析前，過去科學(xué)家們已經(jīng)利用各項理論計算出：特定情況下的理論數(shù)值，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)計算公式。例如計算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進行理論計算
在實務(wù)上，為了能完整的重現(xiàn)射出成型結(jié)果，我們建議使用Moldex3D進行完整的成型分析，以利于掌握所有細(xì)節(jié)。不過在投入時間進行建模與分析前，過去科學(xué)家們已經(jīng)利用各項理論計算出：特定情況下的理論數(shù)值，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)計算公式。例如計算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應(yīng)的剪切率；或是計算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，并建立互動接口，供用戶方便進行理論計算
