一維燃燒仿真的案例
CFD專欄丨Flow Simulator案例：航空發動機燃燒室一維仿真
通過一維仿真快速評估不同燃燒室長度對燃燒效率的影響，避免“過長導致壓損過大，過短導致燃燒不充分”的困境。</li><li>燃料分級設計。模擬主燃區與補燃區的燃料分配，平衡高功率工況的穩定性和低污染排放需求。</li><li>極端條件預測。在高空低氧條件下，預判燃燒室熄火風險并優化點火策略。</li></ol><p><br></p><p><strong>? 一維燃燒室仿真的優勢與局限</strong></p><p><br></p><p><strong>優勢</strong></p><ol><li>用“分段建模”代替復雜的多維計算，每個控制體代表一個平均狀態的流動單元。計算速度比三維仿真快百倍以上，適合早期設計迭代。</li><li>系統級分析：可與整機性能模型（如壓氣機、渦輪）無縫耦合。</li><li>物理機制清晰：通過簡化模型揭示燃燒室宏觀規律（如“富油-貧油”燃燒策略的影響）。</li></ol><p><strong>局限</strong></p><ol><li>細節缺失：無法捕捉局部現象（如火焰穩定性、旋流渦結構）。</li><li>依賴經驗模型：燃燒速率、湍流混合等參數需依賴實驗或高維仿真校準。</li></ol><p><br></p><p>本期的FlowSimulator案例：航空發動機燃燒室一維仿真分享就到這里啦，下一期我們將分享更多實用功能，敬請期待。
展開 發動機燃燒仿真｜CMCL填補CFD與0維/1維均質反應模型方法間的空白
發動機的研制涉及空氣動力、燃燒傳熱、自動控制等多方面的問題。相比基于物理樣機試驗的傳統涉及方法，數值模擬仿真設計方法大大地節約了研發成本、縮短了研發周期。
對于發動機一維概念設計，CMCL燃燒仿真解決方案可以幫助用戶快速準確實現點火、熄火、失火、火焰傳播以及著火延遲時間和排放等過程的模擬；對于燃油霧化等多相流問題，可通過CFD仿真技術進行精確仿真。全流程的燃燒仿真解決方案能幫助設計人員實現多領域、多維度的燃燒仿真計算。
CMCL軟件起源于劍橋，可提供領先的燃料、燃燒及排放仿真解決方案。其軟件包括:kinetics?（燃料，排放和后處理的化學反應模型）、SRM EngineSuite?（內燃機物理化學模型）、MoDS?（模擬功能的自主機器學習和高級統計）以及Explorer?（可視化的后處理工具），彌補了計算流體力學（CFD）與零維/一維均質反應模型方法之間的空白，可為用戶提供高效的燃料、燃燒以及排放解決方案。
展開 一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（一維應力波模擬仿真；應力波在桿中傳播；應力波基礎；固體中的應力波） ￥49.99
一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（應力波基礎；固體中的應力波）
波動是一種常見的物質運動形式。波動是質點群聯合起來表現出的周而復始的運動現象。其成因是介質中質點受到相鄰質點的擾動而隨著運動，并將振動形式由遠及近的傳播開來，各質點間存在相互作用的力。在可變形固體介質中，對力學平衡狀態的擾動表現為質點速度的變化和相應的應力、應變狀態的變化。由于可變形介質的特性，當固體中的某些部分受到擾動因而處于力學上的不平衡狀態時，固體中的其他部分需要一定的時間才能感受到這種不平衡。當固體發生振動時，這種因應力和應變的變化而引起的擾動以波的形式在固體中傳播。
某電驅冷卻系統的一維及三維聯合仿真
摘 要：為提高整車熱管理系統的仿真效率和精度，文章以某電驅冷卻系統為例，采用一維及三維聯合仿真的方式，利用三維仿真獲取空氣側支路的各項性能參數，后導入一維軟件中進行計算，評估電驅冷卻支路所需的最低流量。最終確定在使用現有風扇和散熱器的情況下，電驅路流量至少需達到16 L/min才能滿足冷卻系統≤100℃的要求。
關鍵詞：熱管理;電驅冷卻;聯合仿真;
隨著混合動力技術的快速發展，行業和客戶對整車熱管理系統的要求也越來越高。目前行業內主要還是依靠試驗的方式來進行性能確認和控制策略標定，這種方式成本高、周期長，大大影響了產品開發的速度。傳統的三維仿真雖然能對局部熱管理系統進行計算預測，但是針對多系統耦合的發艙熱管理存在計算效率偏低的問題。
本文以某電驅冷卻系統為例[1]，采用一維及三維聯合仿真的方式，在僅有風扇及散熱器數模的情況下，首先通過三維仿真算出一維所需的零部件性能曲線，后在一維軟件中通過多次調整流量邊界，最終確定該系統流量達到16 L/min才能滿足冷卻系統≤100℃的要求。
1 風扇性能求解
1.1 計算目的
對風扇流場進行求解的目的是獲取風扇的靜壓-流量曲線，該曲線為FloMASTER中風扇元件設置的必要性能曲線，表示空氣通過風扇后壓力的升高值與通過風扇的流量之間的關系。因此，在僅有風扇數模的情況下，可以通過三維仿真軟件PumpLinx計算風扇的靜壓及流量數據，將其作為數據輸入，聯合一維仿真軟件進行空氣側系統的整體求解。
1.2 計算邊界及模型
空氣域和轉子域的計算邊界如表1所示。其中空氣域為葉輪交界面與殼體圍成的氣體域，轉子域為葉輪交界面與葉輪圍成的旋轉氣體域。
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CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
采用一維仿真計算可以獲得最佳的冷卻效果。
航空發動機結構示意圖
高壓透平第一級輪盤冷卻計算
原理圖
邊界條件
3個冷氣入口，一個出口，輸入總溫、總壓邊界
邊界條件
如果入口是旋轉的，還需要輸入Swirl數（氣流切向速度和輪盤線速度的比值）
旋轉腔體的建模
Cavity示意圖
導入CAD模型，抓取幾何上的特征點，將盤腔沿徑向切割為8個區域(Cavity)。利用角動量守恒原理計算氣流在每個Cavity中的速度、溫度、壓力和Swirl的變化。
注意：Cavity只能通過Vortex Chamber或Inertial Chamber創建。
CFD專欄丨氣體存儲一維CFD仿真
實驗裝置圖
一維仿真原理圖
實驗裝置參數
一維CFD模型
熱網絡模型的對流單元定義
McAdams對流換熱系數理論公式：
垂直面的對流換熱系數模型
水平面的對流換熱系數模型
一維仿真結果和實驗的對比：
氦氣壓力隨時間的變化，高壓罐=20.79MPa
氦氣溫度隨時間的變化,高壓罐=20.79MPa
可以看到在前3秒氣體溫度的急劇降低
氦氣溫度隨時間的變化,高壓罐=2.17MPa
隨著氣源壓力的降低，初始時刻溫度降低的幅度也減小了
6
總結
采用Flow Simulator分別模擬了氫氣的快充過程，預冷氫氣的長距離管路輸運，以及壓縮氦氣的充放過程。仿真結果和物理實驗對標達到了理想的精度。
展開 JCMsuite案例展示：薄膜太陽能電池的一維模型仿真
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網格參數的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設置中使用關鍵字Layout1D而不是Layout。上面所示的文件使用了完美的電導體邊界條件，通過為邊界類權分配一個域邊界。關于透明邊界設置和Layout1D的更多信息可以在參數參考中找到。
展開 一維傳熱模型在電池熱仿真中的應用
一維傳熱模型在電池熱仿真中的應用
整車熱管理的一維與三維耦合仿真
同時建立了三維整車熱管理數值模型和發動機及其冷卻系統的一維數值模型。發動機艙內流場及其換熱特性三維仿真獲得的對流換熱系數和換熱量,可用來在發動機及其冷卻系統的一維仿真中算出冷卻系各部件的溫度;這些又可作為三維仿真的邊界條件,去更新發動機艙的熱流特性。如此反復迭代直至收斂。這樣的一維和三維耦合仿真分析,為樣機制造前整車熱管理的仿真提供了一種有效的方法
整車熱管理的一維與三維耦合仿真.pdf
CFD專欄丨電機一維CFD快速熱仿真
電機外觀
電機參數
電機內部熱電偶（紅點）
電機外部熱電偶
電機兩種工作模式下的損耗
不帶變頻器的電機溫度
仿真和試驗對比
帶變頻器的電機溫度
仿真和試驗對比
? Flow Simulator熱網絡模型計算結果（穩態溫度場）
Flow Simulator電機溫度（不帶變頻器）
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展開 SAMCEF 轉子動力學仿真案例（一維二維三維）
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。SAMCEF FOR ROTOR是專業的轉子動力學分析軟件，在航空發動機設計分析領域有著廣泛應用，是世界范圍內著名的商用轉子動力學軟件，包含多種轉子模型的定義。
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。這種模型計算速度快，適用于有大量設計參數需要進行調整的初步分析。
2. 二維模型傅里葉多諧波軸對稱模型
轉子采用2D 傅里葉多諧波單元模擬，可準確描述結構的軸向變形、扭轉變形和彎曲變形。這種模型適合對轉子結構創建更精細的計算分析模型及葉片數量較大的轉子模型。
3. 三維模型（多級）循環對稱模型或3D 模型
轉子采用3D 有限元實體單元模擬，可以更詳細、更精確的描述發動機的幾何特性。適用于結構彎扭振動耦合作用明顯時或者葉輪、風扇等較復雜的幾何模型。
這里有SAMCEF轉子動力學建模實例，包括1維/2維/3維模型，
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。
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車輛冷卻風道的一維CFD仿真分析
本文利用GT-Suite軟件的Cool3D模塊和GT-Cool模塊離散了車輛冷卻風道的3D模型，并采用邊界耦合法建立了特殊冷卻風道的一維CFD仿真模型。在此基礎上，利用主要部件的性能試驗數據建立了某裝甲車輛冷卻系統模型，研究環境溫度和散熱器高度變化時對冷卻風道主要設計參數之間的影響。仿真結果為冷卻風道的設計提供了理論依據。
04.車輛冷卻風道的一維CFD仿真分析.pdf
（干貨分享）新能源熱管理系統一維仿真分析
同時一輛好的電池車必須關注乘員艙空調舒適度，也就是空調系統，即在夏天和冬天情況下能否滿足乘客加熱和冷卻需要，必然從電池包消耗能量或從爭奪能量，屬于整個系統各個子系統匹配問題，需要通過一維仿真軟件搭建一維模型，對相關參數進行計算和匹配，制定相應的控制策略，同時滿足電池包、乘員艙及其他系統冷卻或加熱的需求。
首先看一下電池包熱管理工程師、整車熱管理工程師、控制工程師所關注熱管理關鍵問題。電池包熱管理工程師：如何滿足電池溫度要求？如何控制溫度均勻性？如何平衡壓降與溫差？冷卻液進口條件如何設定？
整車熱管理工程師：如何滿足電池包冷卻介質進口條件需求？如何預估動態工況下的發熱量？如何設計整車熱管理架構，以平衡多種需求？如何優化熱管理系統自身的能耗？
控制工程師：低溫起動策略？Sox計算的參考溫度點選取？熱失控預警？環境控制及能量管理策略？
3D仿真VS 1D仿真
液冷系統傳熱簡介
一般情況下，在進行仿真建模時需了解液冷系統的傳熱路徑，掌握每條傳熱路徑主要傳熱方式。在1D建模時，同樣根據傳熱路徑來進行一維建模，相對于三維仿真，一維更多是物理模型參數輸入，需全面掌握傳熱相關理論知識，明白每個物理量所代表物理含義及過程。
1D建模簡介
以Amesim一維仿真軟件為例，簡單介紹一維仿真軟件建模流程。下圖對應為電池包內電芯3D和1D建模，3D仿真中對電芯進行網格劃分，1D仿真中對電芯進行離散，設置材料屬性。首先實驗數據，通過等效電路模型對電芯進行標定，建立電芯一維仿真，然后建立模組到PACK級別的電芯模型。
1D電池包模型
根據電池包模型建立1D模型，定義不同材料屬性，建立液冷管道、液冷板與電芯的熱傳導、電芯與液冷板的基礎熱阻模型。
展開 汽車CFD仿真中的一維與三維，哪個更有意思，哪個更牛逼？
三維仿真則會搭建整車的詳細模型，重點分析格柵開口大小是否合適，會關注冷卻模塊風量用于一維冷卻系統分析，關注機艙流場是否合理，怠速工況是否存在回流。另外三維整車仿真還有非常重要的一大塊是分析排氣管周邊零部件是否存在熱害風險，是否能夠滿足耐溫極限。如果存在問題，則要從具體結構或者布置上提出優化建議。
2整車空調系統仿真。一維空調系統仿真需要搭建包含蒸發器、冷凝器、膨脹閥、壓縮機四大件以及乘員艙模型，分析乘員艙降溫采暖過程是否滿足開發要求，也會關注空調高低壓是否在合理范圍，四大件性能是否匹配等。對于混動或者純電車型，一維空調系統仿真也可以用于chiller控制策略的仿真，為混動冷卻系統控制策略優化提供建議。而三維空調系統仿真主要是針對乘員艙流場、溫度場以及人體表面舒適性的分析。需要搭建整車乘員艙的詳細模型，分析除霜性能，吹面、吹腳模式流場和管道壓降是否滿足要求，人體表面舒適性情況等。重點對管道壓損，空調出風口設計進行優化。
（3）發動機系統。一維發動機系統仿真側重于對發動機性能進行分析，包括動力性（扭矩）、經濟性（油耗）和排放。可以對進排氣正時，噴油規律進行優化，可以對渦輪增壓器進行匹配，可以分析缸內的燃燒過程，分析缸內PV曲線以及燃燒放熱率，還可以分析進氣流量，作為三維仿真的入口邊界，分析排氣流量溫度，缸體散熱量等。三維發動機仿真則側重于具體結構的優化，比如進排氣管道的結構優化，關注進排氣壓力分布是否均勻，氣道及缸內燃燒室結構優化，關注缸內流動阻力，渦流及滾流比等。優化冷卻水套設計，關注機體溫度分布是否合理，優化燃油噴射過程，關注噴霧發展是否合理，是否對排放產生不利影響等。
通過以上這幾個具體例子的講解，大家應該對一維以及三維分析有了大致的了解。
展開 流體系統一維三維耦合仿真的一點粗淺之見（大神求放過）
圖1 流體系統聯合仿真方法示意圖
一維- 三維聯合仿真，將一維計算的簡約、三維計算的直觀完美融合，是一種高效先進的流體系統計算方法，相比較任何一種單一尺度模擬仿真，主要優點如下：
1、 更為精確的邊界條件，更為精確的系統動態特性仿真結果。
2、 簡化邊界條件要求，減少邊界條件的假設以及用戶輸入參數的錯誤。
3、 更為精確的仿真結果 。
一維-三維聯合仿真，分為直接耦合和間接耦合，直接耦合方法有floefd-flowmaster、fluent-flownex等；間接耦合方法有基于MPCCI的FLOWMASTER和fluent聯合仿真，尤是基于MPCCI的耦合方法，有多種代碼耦合方式可以選擇，是一種先進的雙向代碼耦合方式。
圖2 基于MPCCI的1D-3D聯合仿真數據交換示意
現如今的一維 - 三維聯合仿真具體如何實現 ，國內研究的人較少，有價值的參考資料較少，介紹如何同時操作三個軟件實現耦合的資料更是少之又少，而且難度較大。導致流體系統聯合仿真方法的應用和推廣受到很大阻力。鑒于這種情況，我推出了 “基于MPCCI的FLOWMASTER & Fluent聯合仿真專題教程”，將我最近一段時間的聯合仿真經驗 、操作方法法詳細說明 ，并期待能拋磚引玉，促進交流，促 進多尺度聯合仿真方法得到進一步的發展和應用。
附錄課程大綱（可能與實際課程內容稍有出入，以課程內容為準）。
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