發動機艙
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-28
發動機艙的視頻教程
數據分析丨Altair RapidMiner 助力發動機艙電磁場強仿真，實現快速預測
面臨的難題？ 在使用 Altair Feko 進行空間場強計算時，每次查詢新坐標點的場強幅值都需要重新進行計算，這不僅耗時（約20-30分鐘），而且還需要考慮高級算力的排隊時間。這種效率瓶頸嚴重限制了快速決策和實時分析的可能性，特別是在需要頻繁查詢或優化場強分布的場景中。 主要看點 Altair 解決方案： 為解決場強幅值計算耗時問題，我們采用Altair RapidMiner構建預測模型
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發動機艙的實例教程
近年來，汽車自燃的現象時有發生，這是由于汽車發動機艙散熱不及時造成的。汽車發動機艙內空間狹小，內部錯綜復雜地布置著發動機、風扇、散熱器、排氣歧管、空調冷凝器、中冷器等眾多部件。各個零件及子系統在整車熱環境中相互影響，空氣流動非常復雜，導致艙內散熱不暢，致使機艙溫度升高，直接影響相關零部件性能，溫度過高時有可能導致部件損壞甚至是發生自燃等現象。
在這種困難的情況下，如何合理布置機艙零部件，避免發動機艙內形成流動死區和局部高溫區，這些都對設計人員提出了巨大挑戰。傳統的設計方法是單純的依靠試驗來解決，難度比較大，費用高，而且周期相對也比較長。計算流體動力學（CFD）已經廣泛應用于汽車發動機艙的熱分析中，用于分析發動機艙內的流動特性和溫度分布，為艙內冷卻系統設計和零部件布置提供指導意見。
發動機艙涉及到多種換熱形式：部件內部產熱、高溫部件的熱輻射、零部件內部導熱、零部件與流體之間的對流換熱等。ANSYS FLUENT含有常見的各種類型的傳熱問題，既包括簡單的導熱/對流問題，也包括傳熱和流動的耦合計算，以及比較復雜的浮力驅動流動/自然對流和輻射傳熱問題。便捷的附加源項和完備的熱邊界條件，能夠滿足對流、導熱、輻射以及混合換熱等多種換熱方式的需求，可以快速地完成相應換熱問題的建模過程。
首先考慮汽車在低速負載爬坡的極端工況。此狀態下，FLUENT模型耦合一維的冷卻系統模型和一維發動機模型，考慮系統級的邊界條件和性能匹配，可以精確地預測發動機艙內關鍵位置的氣流和溫度分布。
圖1 一維發動機模型
圖2 發動機機艙內溫度分布
表1 發動機機艙內關鍵位置溫度分布
當汽車經過長時間的低速爬坡后，突然關閉發動機和冷卻風扇，發動機艙內會發生熱浸現象。此時，發動機艙內的散熱主要依靠自然對流形式。
展開 [摘要] 利用CFD（Computational Fluid Dynamics）數值模擬方法對某車型汽車發動機艙流場進行仿真分析，發現該車發動機艙冷卻模塊和進氣格柵組成的“前艙”回流現象明顯，熱源局部高溫。針對以上問題，提出了布置密封導流通道、冷卻模塊傾斜5°、冷卻風扇中置及采用雙冷卻風扇4 種優化方案，經過比較分析發現，在進氣格柵與冷卻模塊之間增加密封導流通道，空氣流量提高明顯，經過散熱器的空氣流量平均提高了10%以上，經過中冷器的空氣流量平均提高了50%以上，有效改善了原車發動機艙的散熱性能。
引言
目前，人們對汽車各方面性能要求越來越高，各種新興技術如渦輪增壓、缸內分層燃燒、可變氣門升程、可變進氣歧管技術等相繼應用于汽車上，增加了汽車發動機艙的負擔；再加上現代汽車逐步傾向低車身、小車型等流線型設計，發動機艙零部件眾多、空間狹小、散熱困難。散熱狀況惡化，將嚴重影響汽車發動機的動力性和經濟性，因此，如何讓冷卻空氣在經過發動機艙時充分、有組織、高效地將熱量帶出，是發動機艙熱管理的主要工作。然而，發動機艙物理現象復雜、幾何形狀復雜、性能參數眾多，對其散熱特性進行評估具有一定難度。
傳統開發過程中，通常先采用經驗或工程估算的方法評估散熱性能，進行產品設計。產品定型后，進行相關散熱特性測試，根據測試結果，反復修改設計方案直到達到設計要求[2]，不僅增加了產品設計周期，而且浪費了大量的人力物力。
隨著計算流體力學的發展，運用CFD 仿真和實驗相結合的方式處理發動機艙熱管理問題，成本低、周期短，越來越受到各大汽車廠商的青睞。在發動機艙熱管理問題的分析和優化預測過程中，應用三維仿真軟件能夠達到流場的具象化和避免優化方案的多次試驗浪費[3]。
展開 整車發動機艙熱管理（UTM）CFD仿真在車輛研發周期中至關重要，其不僅有助于提高車輛質量和可靠性，同時還能減少研發成本，縮短研發時間。工程師采用UTM仿真來預測發動機艙環境中的引擎冷卻模塊性能，并預測排氣系統和渦輪增壓器等熱源附近敏感組件的溫度。ANSYS Fluent中包含的不同子模型可用于進行上述各類仿真。本網絡研討會將簡要介紹模型和最新程序。在研討會結束前，ANSYS專家還將一一解答您的提問。
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利用ANSYS Fluent進行發動機艙熱建模
所有用于安裝X-Brace的金屬插件在生產過程中都直接模制在零件上，在安裝到R8發動機艙之前，脫模零件需要最少的精加工。
HexMC-i的另一個優勢是，由于預浸料“切屑”的精確切割及其在材料中的隨機取向，是奧迪開發工程師的另一個關鍵要求 - 獨特而誘人的視覺表面加工。
債券強度測試
在Secar生產第一批原型零件后，奧迪將測試過程返回內部，并將新組件在室溫和熱濕條件下進行嚴格的靜態和動態負載測試。客戶的一個關鍵問題是能夠與拉繞管實現足夠強的粘合。Hexcel很高興地看到，所有的測試要求都能夠按照計劃得到滿足，在管和HexMC-i模塑料之間不使用粘合膜或附加的粘合材料。
成功的資格
Hexcel與Secar的聯合開發計劃明確驗證了新型復合X-Brace的輕量化機會和一次成型工藝，并成功地以奧迪作為OEM獲得HexMC-i的資格。
“我們很高興HexMC-i包覆成型工藝在這種高度可見的成品零件中獲得成功，并且期待在不久的將來支持進一步的發展，”Hexcel汽車銷售和營銷總監Achim Fischereder評論道。
“我們看到很多應用，我們可以將HexMC-I的令人印象深刻的特性與我們創新的高性能Pullwinding和Pullbraiding技術相結合。這是汽車市場對性能要求提高的獨特組合和良好的解決方案，“Secar Technologie銷售和營銷總監Werner Stoeger表示。
展開 因此發動機艙熱管理在整車開發流程中是非常重要的環節之一。
發動機艙熱管理是系統性地對發動機艙內部的散熱情況進行模擬分析和試驗驗證，以保證在不同的工作狀態下發動機艙內的各部件都能夠正常運行，并通過系統性地優化來提高各部件的性能、降低能耗，是整車開發中的十分重要的環節。發動機艙熱管理涉及到造型、總布置、工藝、電器等多方面的要求，需要造型、發動機、車身和電器等部門在開發設計過程中進行充分協調。發動機艙熱管理是一個非常復雜的過程，涉及到發動機冷卻系統匹配、發動機艙內散熱以及發動機艙內關鍵部件保護等。
三維熱管理仿真流程
一般來說，我們可以將三維熱管理仿真分成兩步走：1.風量計算；2.溫度場計算。發動機艙熱管理開始階段，首先我們確定目標值：1.針對風量計算，各工況下定義各換熱器風量目標，即速度目標；2.針對溫度場計算，各工況下定義散熱器進水溫度目標。然后處理幾何模型，將幾何模型轉化成CFD仿真模型。
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4、環境控制
◎ 存儲環境：鍍后成品需在干燥環境（相對濕度＜50%）中存放，避免直接接觸高溫（＞60℃）和水汽，遠離空調出風口、加濕器等易產生溫差凝結水的位置；
◎ 場景適配：若產品用于戶外或高溫場景（如汽車發動機艙、戶外顯示屏），除了加強防護，還需在出廠前進行高溫高濕老化測試，合格后方可交付，避免批量質量問題。
因為現實世界中，芯片會經歷極端的環境溫度變化：汽車電子從-40℃的寒冬到125℃的發動機艙，消費電子從空調房到烈日下的戶外，5G基站一年四季都要經受晝夜溫差……這些溫度循環會讓芯片與PCB板因熱膨脹系數（CTE）嚴重失配而產生反復的剪切應力，最終導致BGA焊球發生疲勞斷裂。這正是BGA封裝最常見的失效模式之一。
參考案例-可壓縮流-跨音速流：RAE2822 翼型
參考案例-可壓縮流-跨音速流：使用重疊網格的 RAE2822 翼型
參考案例-設計探索-伴隨形狀優化：雙元件機翼的網格靈敏度
參考案例-設計探索-伴隨拓撲優化：流經 U 形彎管
· 進排氣管理 (Airflow Management)：為發動機艙、電池組和制動系統設計高效的冷卻進氣口和排氣通道，確保足夠冷卻的同時最小化對氣動阻力的負面影響
例如，在汽車領域，一個安裝在發動機艙內的塑料部件會經歷-40°C到120°C的劇烈溫度循環。如果該部件的線性膨脹系數與相鄰的金屬部件差異過大，就會在裝配界面產生巨大的熱應力，導致連接件松動、密封失效或部件自身龜裂。因此，在材料選擇階段，通過TMA數據評估不同候選材料的熱膨脹行為，是避免此類失效的首道防線。
更為復雜的情況是，注塑制品的收縮并非完全由熱脹冷縮主導。
使用LS-DYNA模擬汽車10個月前
側面碰撞也是汽車碰撞的一種常見形式，在汽車側面碰撞中，沒有像在正面碰撞中發動機艙和前縱梁那樣的吸能機構，碰撞能量主要靠車門和車立柱的變形來吸收。如下圖所示為汽車側面碰撞有限元模型。
本次側面碰撞選用簡化的移動車輛與試驗車進行碰撞模擬仿真試驗，以下是該模型的有限元模型，需要幾何模型的可以下載，不能計算設置上還存在一些問題。
如何給汽車零部件進行疲勞耐久測試？11個月前
測試核心：多軸振動 + 溫度循環（如發動機艙內部件在 85℃+ 三軸向振動下的可靠性）。
4.復合材料部件
典型部件：碳纖維車身構件、玻璃纖維塑料護板等。
疲勞失效模式：層間剝離、纖維斷裂、界面脫粘。
測試核心：多軸載荷下的損傷累積（如碳纖維懸架臂在拉伸 - 彎曲耦合載荷下的分層擴展）。
測試方法：
高溫測試：將車輛放入高溫環境艙（溫度設定 60℃~80℃，濕度可控），持續數小時至數天，觀察發動機艙、內飾件（如塑料件、橡膠密封件）是否變形、開裂，測試空調制冷效果、電子元件工作穩定性。
模擬暴雨環境，測試車輛的防水性能，檢查車門、車窗、天窗等部位是否會出現漏水現象，以及雨水是否會對車輛的電子系統造成影響；模擬沙塵環境，檢驗車輛密封性能，防止沙塵進入發動機艙、駕駛室等部位，同時測試空氣濾清器的過濾效果，避免沙塵對發動機等關鍵部件造成磨損；模擬陽光輻射，評估車輛內飾、車漆等在長時間紫外線照射下的老化情況，以及陽光對車內溫度的影響，為優化車輛隔熱設計提供數據支持。
如果不符合標準，則需要重新設計引擎蓋或調整發動機艙內部布局，然后再次進行實驗，直至滿足要求為止，確保車輛可以正常上市銷售。這一過程確保了汽車在安全性方面的高標準。
[3] 袁俠義,谷正氣,楊易,等.汽車發動機艙散熱的數值仿真分析[J].汽車工程,2009(9):843-847,857.
[4] 劉衛東,彭玉環,吳方義,等.混合動力汽車加熱及冷卻控制策略[J].汽車電器,2020(12):22-25.
文章來源：汽車實用技術
