新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-09
新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真的實例教程
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數值計算.首先進行了網格數量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數參數對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數增多，其產生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區間，當葉片數為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優化提供依據.
近些年新能源汽車在中國發展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅系統、電池系統與空調系統的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現可以縮短產品的開發周期，同時降低開發成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節，目前已經廣泛應用到冷卻風扇的開發中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協同仿真和單向聯合仿真功能，以實現與結構、聲學、電磁、機械、一維、優化、熱環境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數據結果，為用戶實現高級仿真處理并提供更好的設計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模擬
新能源汽車電驅動系統是指利用電動機將電能轉化為機械能來驅動車輛運行的系統，是新能源汽車的核心部件。該系統的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。
展開 海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協同仿真和單向聯合仿真功能，以實現與結構、聲學、電磁、機械、一維、優化、熱環境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數據結果，為用戶實現高級仿真處理并提供更好的設計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模
擬
新能源汽車電驅動系統是指利用電動機將電能轉化為機械能來驅動車輛運行的系統，是新能源汽車的核心部件。該系統的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。數值模擬仿真技術將計算機虛擬計算代替實物實驗，不僅節約了實驗室占用，加工物料等成本，還能大大減少參數采集周期，具有成本低、周期快的特點。
圖2 電驅動系統
在對電驅動設備的噴油冷卻進行模擬仿真的過程中，數值模擬技術對計算機的“算力”有較高要求，數值計算要求CPU并行線程多，內存存儲大。惠普Z8 G4 臺式工作站完全符合使用需求，其搭載了2顆10核心20線程高并行CPU，共計20核心，40線程，CPU浮點計算速度為2.4GHz，同時擁有4塊32GB，共計128GB的高速存儲內存，高配置專為企業級數值計算而生。
展開 世界各國紛紛制定降碳、減碳措施，中國在2020年提出了“3060”雙碳目標，而大力發展 </span><span style="color: rgb(0, 128, 255);"> </span><strong style="color: rgb(0, 128, 255);">新能源汽車 </strong> <span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">是實現目標切實有效的重要舉措，新能源汽車逐漸替代傳統燃油車也成為行業發展的必然趨勢。</span></p><p class="ql-align-center"><strong>永磁同步電機——新能源汽車的心臟</strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/ibpDE5Ufq6Tz2QZN6D1YdGRYPbWLJzj9iahvgt7xYCKBbGLuUZ81243uu9VTTupPLpyib2ribTvmibqXIAQYBkvVgqw/640?wx_fmt=png&from=appmsg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" alt="圖片" width="575"></p><p>當前，我國新能源汽車產銷量穩居全球第一。隨著新能源汽車的普及，電機作為新能源汽車驅動系統的核心組成部分，其重要性不斷凸顯。電機可以使電能轉化為機械能，通過傳動系統將機械能傳遞到車輪，驅動汽車行駛。
展開 永磁同步電機 新能源汽車的心臟
近年來，全球變暖的趨勢日益加劇，極端天氣事件層出不窮，這些現象都反映出當前氣候形勢的嚴峻性。為了應對這一全球性挑戰，各國紛紛采取行動，制定了一系列降碳、減碳的措施。中國在2020年提出了“3060”雙碳目標，推動以二氧化碳為主的溫室氣體減排。在此背景下，大力發展新能源汽車成為實現目標切實有效的重要舉措，新能源汽車逐漸替代傳統燃油車也成為行業發展的必然趨勢。
當前，我國新能源汽車產銷量穩居全球第一。隨著新能源汽車的普及，電機作為新能源汽車驅動系統的核心組成部分，其重要性不斷凸顯。電機可以使電能轉化為機械能，通過傳動系統將機械能傳遞到車輪，驅動汽車行駛。永磁同步電機憑借其高功率密度、高轉矩、體積小、重量輕、響應速度快、能量轉換率高等方面的優勢，已成為新能源汽車應用最為廣泛的驅動電機之一。
永磁同步電機構造示意圖
永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡稱PMSM)的工作原理是利用定子繞組通電產生旋轉磁場，推動轉子上的永磁體同步旋轉，由此將電能轉化為汽車的機械能。其分為表面永磁同步電機(SPMSM)和內置永磁同步電機(IPMSM)兩種。SPMSM通常用于輕型電動汽車和混合動力汽車中；IPMSM則用于重型電動汽車、公交車和地鐵等需要高效率和大功率的場合。
電機性能優化 低頻電磁仿真
作為新能源汽車的動力源，永磁同步電機的性能直接影響著汽車的續航里程及行駛狀況。通過低頻電磁仿真可以分析得出永磁同步電機的磁場分布、電磁力、轉矩、功率等性能指標，從而優化電機的設計方案，如調整電機的磁環設計、轉子和定子的結構設計、增加永磁體數量等，從而提升電機性能。
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海克斯康工業軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協同仿真和單向聯合仿真功能
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數值計算.首先進行了網格數量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數參數對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數增多，其產生的流量越大
