噴油冷卻的案例
Cradle CFD助力新能源汽車電驅動設備噴油冷卻散熱仿真
表2 計算時間和占用資源對比
圖7為噴油冷卻內部表面的換熱系數分布，可以看出，在噴嘴附近，噴射效果明顯，對流換熱系數大大增強。測試機器惠普Z8 G4工作站配備了2塊NVIDIA RTX 3080顯卡，全新的渲染方法將光柵化和可編程著色技術與光線追蹤和AI融合在一起，使顯示畫面更加精美、逼真，近乎電影級驚艷。通過英偉達板，使Cradle CFD的炫酷后處理得到了最大限度的發揮。
圖7 電驅動內部表面對流換熱系數分布（模糊處理）
電驅動系統的零件眾多，系統復雜，對顯示，計算，存儲等性能要求都較高，可以說是對系統綜合性能的極大考驗，惠普Z8 G4臺式工作站搭載專業NVIDIA顯卡，保證了Cradle CFD在圖像移動，旋轉，縮放以及動態渲染過程中都較為流場。惠普Z8 G4臺式工作站的高性能算力保證了在進行CPU計算時計算流暢，大大縮短了項目實施時間。128GB的超大內容保證了數據的存儲，完全能夠勝任千萬級別網格的數值模擬項目。除此之外，免工具機箱可快速、輕松訪問機箱內部，以進行升級和維護；內置把手，能夠輕松搬運，創新型低噪音設計支持 “ 冷、靜 ” 運行，以提高工作效率。整體來講，惠普Z8 G4臺式工作站作為系統級別的模擬仿真平臺具有十足的性價比。
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。
展開 設計仿真 | Cradle CFD助力新能源汽車電驅動設備噴油冷卻散熱仿真
表2 計算時間和占用資源對比
圖7為噴油冷卻內部表面的換熱系數分布，可以看出，在噴嘴附近，噴射效果明顯，對流換熱系數大大增強。測試機器惠普Z8 G4工作站配備了2塊NVIDIA RTX 3080顯卡，全新的渲染方法將光柵化和可編程著色技術與光線追蹤和AI融合在一起，使顯示畫面更加精美、逼真，近乎電影級驚艷。通過英偉達板，使Cradle CFD的炫酷后處理得到了最大限度的發揮。
圖7 電驅動內部表面對流換熱系數分布（模糊處理）
電驅動系統的零件眾多，系統復雜，對顯示，計算，存儲等性能要求都較高，可以說是對系統綜合性能的極大考驗，惠普Z8 G4臺式工作站搭載專業NVIDIA顯卡，保證了Cradle CFD在圖像移動，旋轉，縮放以及動態渲染過程中都較為流場。惠普Z8 G4臺式工作站的高性能算力保證了在進行CPU計算時計算流暢，大大縮短了項目實施時間。128GB的超大內容保證了數據的存儲，完全能夠勝任千萬級別網格的數值模擬項目。
展開 RecurDyn熱力學仿真新突破：摩擦生熱與油冷散熱的集成解決方案
<strong>驅動設計優化：</strong>為齒輪箱熱管理、剎車系統熱衰退分析、電機噴油冷卻設計等關鍵應用提供可靠依據，提升產品性能和可靠性。</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/bcq1RnfYQy85iaiazdXh3q0DTRHsBcNRMseicibCoo5vQnvkDVDQPnckLXyJ84Z7csvX30yIGepZaL0CIeRaUy6sxQ/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p>
展開 某型通航發動機活塞溫度場和熱應力的初分析
圖1 活塞的三維模型
表1 BH122A材料屬性
3、溫度場分析
欲得到活塞的溫度場，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。所以，如果要得到活塞準確的換熱邊界，往往需先進行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動力學分析等一系列分析項目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發動機的經驗值，具體取值如表2所示：
分析計算采用了SimSolid軟件，在SimSolid中施加的活塞熱邊界如圖2所示。得益于SimSolid軟件的無網格技術，在SimSolid中設置好材料和熱邊界（其中絕熱邊界在軟件中設置為熱流為0W/m2）后即能計算，并快速得出結果，得到的活塞溫度場分析結果如圖3所示。最大溫度為352.5℃，未超過材料許用溫度值。
圖2 在SimSolid軟件施加熱邊界
圖3 活塞的溫度場計算結果
3、熱應力分析
在SimSolid軟件添加一個結構線性分析，并將溫度場分析結果加載到活塞上，將活塞銷孔進行約束后進行計算，得到熱應力分析結果如圖4所示。最大應力為23.35MPa，且位于銷孔內，說明最大應力并非來自熱應力，而是因約束引起的應力。
圖4 活塞的熱應力計算結果
4、總結
（1）、由于活塞的熱邊界來自經驗值，并非經過CFD仿真分析后所得，所以溫度和應力的分析結果有待進一步核實、修正。
（2）、SimSolid軟件一款比較有開創性的結構分析軟件，相對于ABAQUS等分析軟件，其最大優勢即在于無需劃分網格，從而大大減少了建模時間，使得未曾深入學習有限元分析理論的設計工程師也能快速掌握使用。
展開 
基于SimSolid的某型通航發動機活塞溫度場和熱應力的初分析
圖1 活塞的三維模型
表1 BH122A材料屬性
3、溫度場分析
欲得到活塞的溫度場，需要知曉活塞的熱邊界條件，一般而言，活塞的熱邊界條件比較復雜，活塞頂部與高溫燃氣直接接觸，裙部與缸套接觸，而底部還有潤滑油進行冷卻。所以，如果要得到活塞準確的換熱邊界，往往需先進行燃燒仿真分析、噴油冷卻分析、活塞動力學分析等一系列分析項目，由于本案例是活塞的初步分析，故而其熱邊界取同排量發動機的經驗值，具體取值如表2所示：
表2 邊界條件
位置
熱邊界條件
活塞頂部燃氣換熱邊界
環境溫度為420℃，換熱系數為500W/(m2.℃)
所有活塞環槽上下面換熱邊界
環境溫度為173℃，換熱系數為11W/(m2.℃)
所有環岸外側面
環境溫度為140℃，換熱系數為2.4W/(m2.℃)
所有環槽內側面
絕熱邊界
活塞底部冷卻換熱邊界
環境溫度為420℃，換熱系數為500W/(m2.℃)
活塞裙部、活塞銷孔換熱邊界
熱流為20000W/m2
分析計算采用了SimSolid軟件，在SimSolid中施加的活塞熱邊界如圖2所示。得益于SimSolid軟件的無網格技術，在SimSolid中設置好材料和熱邊界（其中絕熱邊界在軟件中設置為熱流為0W/m2）后即能計算，并快速得出結果，得到的活塞溫度場分析結果如圖3所示。
展開 空壓機為什么需要分級壓縮？壓縮一次不行嗎？
1、節省功率消耗
采用多級壓縮，可以通過在級間設置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經過一級壓縮后，先進行等壓冷卻，以降低溫度，再進入下一級氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節省耗功量。因此在相同的壓力下多級壓縮做功的面積就比單級壓縮要少。級數越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：噴油螺桿空壓機的空壓機已經非常接近定溫過程。如到達飽和狀態后繼續壓縮繼續冷卻的話，將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進入油氣分離器（油箱）內，會使冷卻油乳化，影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會不斷上升，最后冷卻油將會隨同壓縮空氣進入系統，污染壓縮空氣，對系統造成嚴重后果。
因此，為了防止冷凝水的產生，壓縮腔內的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機，冷凝溫度為68℃，當壓縮腔內溫度低于68℃時，將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機的排氣溫度不能過低，即等溫壓縮的應用在噴油螺桿機中由于冷凝水的問題受到了限制。
2、提高容積利用率
由于制造、安裝以及運行三方面的原因，氣缸內的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現余隙容積內的氣體在氣缸內完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時就無法繼續吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。
展開 空壓機為什么需要分級壓縮？壓縮一次不行嗎？
1、節省功率消耗
采用多級壓縮，可以通過在級間設置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經過一級壓縮后，先進行等壓冷卻，以降低溫度，再進入下一級氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節省耗功量。因此在相同的壓力下多級壓縮做功的面積就比單級壓縮要少。級數越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：噴油螺桿空壓機的空壓機已經非常接近定溫過程。如到達飽和狀態后繼續壓縮繼續冷卻的話，將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進入油氣分離器（油箱）內，會使冷卻油乳化，影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會不斷上升，最后冷卻油將會隨同壓縮空氣進入系統，污染壓縮空氣，對系統造成嚴重后果。
因此，為了防止冷凝水的產生，壓縮腔內的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機，冷凝溫度為68℃，當壓縮腔內溫度低于68℃時，將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機的排氣溫度不能過低，即等溫壓縮的應用在噴油螺桿機中由于冷凝水的問題受到了限制。
2、提高容積利用率
由于制造、安裝以及運行三方面的原因，氣缸內的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現余隙容積內的氣體在氣缸內完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時就無法繼續吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。
展開 本田iMMD混動變速箱技術解析
5 冷卻和液壓系統
iMMD混動電機采用主動噴油冷卻方式，加工了許多噴油小孔的空心管固定在定子端部上側，直接噴淋定子銅線，冷卻效果很好；此種油冷電機的設計不需要復雜的冷卻水套，定子外徑和殼體間隙配合，結構簡單、體積小，特別有利于裝配。雅閣、普銳斯等電機都采用此種冷卻技術。
iMMD電機需要低壓潤滑油冷卻，離合器需要高壓液力實現結合和斷開，iMMD使用了兩套油泵來實現功能。離合器只有在發動機點燃情況下才會工作，因此高壓機械泵是發動機驅動的；停車發電時車輪不旋轉潤滑泵不工作，此時離合器電磁閥打開，潤滑油由高壓泵提供。
6 總結
總的來說，拆解下來的混動變速箱主要在電機方面改進較大，在變速箱架構、齒軸布局、速比參數等方面變動較小。
上海易矩汽車技術有限公司開發的雙電機混合動力變速箱（DHT）和本田iMMD類似，采用串并聯架構，可以實現增程、純電、發動機直驅等多種工作模式，與自動變速箱同樣成本和質量的前提大幅提高了車輛的動力和效率性能。
展開 新能源汽車熱管理技術發展趨勢分析
風冷技術優點在于結構簡單，不用設計獨立的冷卻零件，維護方便及成本低。缺點在于散熱效果和效率都不高，工作可靠性差，對天氣和環境的要求較高。
為保證足夠的散熱量需求，驅動電機需要增大與氣流的接觸面積，導致電機體積大和成本增加；驅動電機在車輛上使用時對應的工況較為復雜，風冷無法在各工況下保持所需的散熱量，故僅在熱負荷小的小型車驅動電機或輔助電機中采用風冷。
（2）水冷技術。相比風冷，液體具有更高的比熱，且可以根據需要主動調節系統溫度，故而液冷具有更好的穩定性，可以迅速帶走熱量，實現溫度的快速降低，提高電機的效率和壽命。水是較好的液冷介質，水具有很大的比熱和導熱系數，價廉、無毒、不助燃、無爆炸危險；可提高材料利用率。缺點在于對水道的密封性和耐蝕性要求非常嚴格；在冬天必須添加防凍液。
國內新能源汽車技術路線主要采用水冷的方式，技術難度較低，已經實現了大面積的產業化，通過布置在電動機殼體內的水道，冷卻液將電動機工作時產生的熱量帶走，確保電動機在高效率區間運行，同時保證電機的潤滑和絕緣，主要應用于BEV驅動電機。
（3）油冷技術。油冷一般采用機油（潤滑油），因為局部不導磁、不易燃、不導電、導熱好的特性，對電機磁路無影響，因此散熱效率更高的油冷技術成為研究熱點，國內外一些研究機構及企業大力發展噴油冷卻方式，對電機繞組端部實現噴油冷卻。優點是絕緣性能良好，機油沸點比水高，凝點比水低。機油在低溫下不易結冰，高溫下不易沸騰；對端部裸露面積更大的扁線繞組電機的冷卻效果更明顯，能夠主動冷卻到內部轉子部件；有利于電機與變速箱的集成，提高軸承的潤滑冷卻效果、環境溫度較低時加熱變速箱油提高潤滑攪拌效率。
按照機油與定子軛部的接觸形式分類如圖5 所示，在HEV/PHEV 上多采用與發動機、變速箱更方便集成的油冷電機。
展開 【Simerics技術分享】雙螺桿壓縮機注油過程3D動態仿真
雙螺桿壓縮機注油過程3D動態仿真
除潤滑齒輪外，不同類型的容積式壓縮機普遍采用噴油來冷卻壓縮氣體、密封泄漏間隙提高壓縮機氣體流量和效率。
本文將詳細介紹雙螺桿壓縮機注油過程的3D全瞬態CFD仿真，采用體積分數(VOF)法對氣液兩相流動進行模擬，通過對比有油和無油情況下的模擬結果，對注油冷卻和密封效果進行評價。
通過該算例Simerics MP+ 軟件VOF模型的有效性、強大性及計算速度得到了有效地驗證。
1
雙螺桿壓縮機基本原理
雙螺桿壓縮機是一種做回轉運動的容積式氣體壓縮機械，隨著螺桿轉子的轉動，陰陽轉子間的齒間容積沿轉子軸線從吸氣端運動到排氣端，且齒間容積由小到大再變小，發生周期性的變化，完成吸氣、壓縮和排氣過程。
除潤滑齒輪外，不同類型的容積式壓縮機普遍采用噴油來冷卻壓縮氣體、密封泄漏間隙提高壓縮機氣體流量和效率。
本文將詳細介紹雙螺桿壓縮機注油過程的3D全瞬態CFD仿真，采用體積分數(VOF)法對氣液兩相流動進行模擬，通過對比有油和無油情況下的模擬結果，對注油冷卻和密封效果進行評價。
通過該算例Simerics MP+ 軟件VOF模型的有效性、強大性及計算速度得到了有效地驗證。
展開 自學無網格粒子Particleworks流體飛濺和自由液面仿真分析
變速器由齒輪和齒輪系組成，如果潤滑油太少不足以滿足整個齒輪箱的潤滑、冷卻性能，會造成齒輪燒損；而過多的潤滑油導致齒輪和軸受到額外的轉動力矩，使變速器的攪油損失增大。Univance在產品研發階段使用Particleworks軟件，模擬齒輪箱工作時油液的潤滑情況，對箱體的幾何形狀設計和潤滑油量提出合理的建議。
扭矩結果
Univance公司通過引入Particleworks軟件，在潤滑、冷卻、緩沖和氣密性設計等方面發揮了重要的作用，關注箱體內部的油液運動，揭示了許多以往通過實驗手段難以理解的現象，實現了變速器設計中油液晃動和潤滑的高度可視化。此外，得益于GPU的加速計算，Particleworks軟件滿足使用較小的粒徑尺寸實現箱體內潤滑過程的高精度模擬；同時，可以將模型的仿真周期縮短到一天之內，這對于縮短產品的設計周期有著重要的意義。
3、汽車行業：電機冷卻案例
在三合一驅動總成中，電機和變速器的冷卻、潤滑需要共享同一套策略，傳統的被動（飛濺）潤滑機制能在降低成本和重量的同時，可以最大限度地提高集成動力系統的效率。但針對高功率密度電機時，往往不能提供足夠的冷卻；通常需要增加一個小尺寸、低功率的電動泵，平衡電機冷卻與效率、質量之間的問題。動力系統的集成設計，電機的冷卻已經成為潤滑設計中考慮的一個重要因素，在概念設計階段，使用流體建模方法來優化溫度場也變得越來越必要。
下圖是DSD公司設計的高功率電機，噴嘴噴油冷卻繞組的示意圖。電機冷卻時，噴油嘴噴射的位置及噴油量，如下右圖所示：冷卻位置在繞組的最高點附近和電機中心軸；噴油電動泵需要滿足工作時能正常提供8L/min的噴油量，油分配量已在圖標出：旋轉軸噴射4L，從軸的4個油道流出，此外繞組的頂部有2個2L的噴射孔，可以對電機進行冷卻。
展開 
設計仿真 | 海克斯康新能源汽車底盤與電驅動技術研討會
新能源汽車驅動電機方案設計、詳細設計開發流程、關鍵技術與工程案例
? 驅動電機方案設計中的功率與加速匹配、拓撲結構與性能和成本的決策及其案例
? 驅動電機詳細設計的流程、關鍵技術、注意事項、工程案例及相關的工程驗證等
12:20 合影&工作午餐
14:00
油冷集成式電驅動潤滑油路設計與CFD解決方案
? 油冷集成式電驅動齒輪潤滑以及電機噴油冷卻解決方案以及相關案例介紹
STAR-CCM+噴水仿真案例｜噴泉 附下載鏈接
此類模擬有多種應用，例如車輛水管理（擋風玻璃雨刷、后視鏡）、電動機中的噴油冷卻或多相泵等。
1 問題描述
在本算例中，將模擬開放環境中簡單噴泉的流動。以下屏幕截圖顯示了模擬中顯示的幾何形狀和不同的流態：
自由表面水射流以 5 m/s 的速度離開圓柱形噴泉幾何體進入空氣域中，從而在水和空氣之間形成大尺度的界面。射流的初級破裂產生大的連續水滴和水帶。這兩種流態都使用VOF 模型進行建模。
大水滴和液帶分解成較小的水滴。當球形水滴的直徑低于某個閾值（本算例為 5 mm）時，其會轉變為使用拉格朗日多相模型跟蹤其路徑的拉格朗日水滴。VOF 到 Lagrangian 的轉換由 Resolved VOF-Lagrangian Transition 模型處理。當拉格朗日水滴和 VOF 斑點撞擊地面時，會在地面會形成薄膜水坑，可以積聚到水池中。薄水膜可以通過液膜模型以非解析的方式進行建模，或者通過 VOF 模型以解析的方式進行建模。自適應網格細化 (AMR) 用于沿水-空氣自由表面局部細化網格。一旦 VOF 水滴轉變為拉格朗日液滴，AMR 就會粗化網格。
本教程側重于演示設置混合多相仿真的工作流程。
展開 國內外新能源汽車油冷電機盤點和關鍵技術解析
一、油冷電機的優勢
在新能源汽車電驅動總成的技術發展過程中，體積更小、重量更輕的驅動電機，一直是工程師們孜孜以求的目標，而相對于水冷電機，油冷電機具有如下優勢：
冷卻效率高，最大程度發揮電機的潛在效能，能夠提高電機的功率密度以及轉矩密度。
絕緣性能好，可以與繞組以及磁性材料接觸，直接冷卻熱源、消除熱點，冷卻方式直接、干脆，且不導磁、不導電，不影響電機的電磁場特性。
相較于水，油的沸點高、凝點低、高溫不易沸騰、低溫不易凝結，適用范圍更廣闊，且不易相變。
對于噴油式冷卻的電機，外殼不需要設計水道，也不需要風扇及風道，能夠減小體積。
二、純電動汽車油冷電機盤點
1、Tesla model 3
特斯拉之前的車型，比如model s和x，采用異步感應電機，線圈結構不像永磁鐵很容易在高溫的時候有退磁的問題，但是因為有了額外一部分的通電線圈，所以感應電機的轉子部分在同樣的轉速和功率輸出下熱得也更快。
而線圈轉子的功率損失大都用在了電阻發熱上，所以感應電機的轉子需要更高效的冷卻回路。
更高功率的冷卻回路意味著更高成本的冷卻系統，為了更高效的冷卻，轉子線圈大多用油液直噴來冷卻，而冷卻油液常常是和其他機械結構共用的。而如果電機發熱過快的話，油液來不及冷卻或者油液溫度持續比較高，會直接影響其他機械結構的冷卻潤滑效果。
這是電機發熱對整個傳統系統冷卻的影響，是系統級別的問題，而model 3的永磁轉子的功率損失大概只有感應電機線圈轉子的十分之一甚至更少。
展開 應用 | CAE仿真技術在內燃機設計中的應用
內燃機燃油供給系統的匹配問題
噴嘴結構改進與空化現象分析
燃油霧化過程分析：油束形態、霧化粒度、貫穿距離等
對于柴油機或直噴式汽油機，噴油系統應保證噴油量、噴油起止時刻與內燃機的轉速和負荷相適應，噴油規律、噴油壓力、霧化程度、貫穿距離等參數應負荷各工況的需要。運用ANSYS流體動力學軟件對噴油系統內的流動情況以及噴霧形成過程進行分析，可以有效的優化燃油在燃燒室內的分布規律。
內燃機的冷卻問題
冷卻水套傳熱分析
冷卻水套注水過程分析
冷卻系統能保證內燃機在最適宜的溫度范圍內工作，運用ANSYS流體動力學分析軟件分析冷卻水的流動及傳熱，可以優化冷卻水路的布置方案，有效組織水流，提高冷卻效果。
內燃機的燃燒問題
分析不同時刻的放熱率、溫度、壓力等
觀察火焰結構及火焰的傳播
燃燒方式分析：PCCI，HCCI，RCCI，稀燃/分層燃燒等
污染物生成的分析
點火燃燒過程
柴油機NOx和soot分布
燃燒是內燃機的核心，燃燒的好壞決定著內燃機的功率、油耗、排放等多方面的性能。運用ANSYS流體動力學分析軟件分析燃燒過程，可以有效的指導優化燃燒室形狀，得到性能指標和排放指標都較好的方案。
內燃機的工作過程問題
優化配氣正時
冷態流動缸內氣流的運動變化情況分析
全工作循環分析
換氣過程是要盡量將燃燒產物排除干凈，盡可能的吸入新鮮工質，進、排氣門開閉時間對換氣的好壞起決定性作用，同時內燃機工作過程中缸內氣流的運動情況也影響著可燃混合氣的形成進而影響燃燒。
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