STAR-CCM+散熱的案例
某電驅冷卻系統(tǒng)的一維及三維聯(lián)合仿真
圖1 風扇靜壓-流量曲線
2 散熱器性能求解
2.1 計算目的
對散熱器進行求解的目的是獲取散熱器風阻、水阻曲線以及換熱效率Map，這三個參數(shù)是定義散熱器性能的核心參數(shù)[2]。風阻、水阻代表空氣或冷卻液經(jīng)過散熱器時壓力的變化情況，換熱效率Map表示的是不同情況下散熱器的換熱能力，是實際換熱量與理論換熱量的比值。
2.2 計算邊界及模型
散熱器由三個域構成，其中液體域為發(fā)動機冷卻液；空氣域為流經(jīng)散熱器翅片的空氣；殼體域為散熱器本體。各個域的邊界參數(shù)如表2所示。
表2 散熱器邊界參數(shù)
由于散熱器為翅片結構，翅片數(shù)量多，且尺寸小，導致網(wǎng)格數(shù)量達到數(shù)千萬。考慮到散熱器為強對稱結構，因此，僅截取散熱器的其中三條平行流管和與其連接的翅片進行仿真計算[3]，這一步可以大幅度減少計算時間。
2.3 計算結果
利用軟件STAR-CCM+計算出來的散熱器水阻、風阻曲線如圖2、圖3所示。其中散熱器換熱效率在14%～32%之間。在水流量低于1 kg/s時，換熱效率隨著風流量的增加而增大，但是當水流量大于1 kg/s時，換熱效率隨著風流量的增加而減小。
圖2 散熱器水阻
圖3 散熱器風阻
3 電驅冷卻系統(tǒng)計算
3.1 分析模型說明
該機型電驅系統(tǒng)采用單獨冷卻回路進行冷卻，其中待冷卻的原件有高壓盒、控制器、發(fā)電機、驅動電機，降溫方式采用的是液冷[4]。其中空氣側系統(tǒng)的散熱器和風扇均布置在車身底盤的側面，與整車其他換熱系統(tǒng)相對獨立。
3.2 分析邊界
空氣側系統(tǒng)所需的性能邊界參數(shù)為風扇性能和散熱器性能，這些數(shù)據(jù)已在風扇性能求解和散熱器性能求解中得到。而冷卻側系統(tǒng)除水泵外均為行業(yè)內(nèi)量產(chǎn)產(chǎn)品，其各元件流阻如圖4所示。
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這些參數(shù)也可以輸入到STAR-CCM+中的Design manager，自動運行并收集所需的數(shù)據(jù)，用于改變設計結構、掃描CAD參數(shù)等。安裝STAR-CCM+時都會附帶Design manager。
如果用戶要使用自己的幾何，請?zhí)健?.使用用戶自己的CAD”一節(jié)。如果用本例的幾何開發(fā)Aero包，請按照以下步驟操作：
首先導入底盤幾何，可以移動其他幾何體（中心車體草圖、翼型等）以匹配底盤。轉到Geometry > 3D-CAD，右鍵單擊CAD for Chris Penny's car > Edit，在3D-CAD界面右鍵單擊仿真樹頂部的CAD for ChrisPenny's car > Import > CAD model，完成導入。
調整/移動車身草圖，使車身的放樣結果覆蓋剛導入的底盤。完成后，用戶可以根據(jù)需要輕松修改以下參數(shù)，設置Aero包：
每個翼型的攻角、位置、弦長、弧度、最大厚度、LE半徑以及與LE的弧度偏移
坐椅高度
駕駛員的位置
車輪半徑和寬度
散熱器尺寸、位置和角度
風扇尺寸、位置和角度
散熱器平面傾角
幾何的其他部分可以在草圖中更改，也可以通過改變草圖平面實現(xiàn)，從而可以修改翼型的整體形狀（通過樣條曲線的相切點）、底盤形狀、車身主體形狀和風道形狀。
使用時請注意以下事項：
1）回顧和理解該模版是如何構建的非常重要。例如，如果散熱器太大，會導致其他步驟失敗。在這個特定的案例中，增加風道的尺寸使散熱器完全位于風道內(nèi)部，這一點需要注意。
2）不要將中心車身（鼻錐體）推到底盤以下，會干擾軟件正確識別底盤與中心車身，并會影響報告及底盤的網(wǎng)格細化。
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