KULI一維仿真的案例
一維分析建模規范-KULI-散熱器輸入參數 ￥2
一維分析建模規范-KULI-散熱器輸入參數
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。
展開 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）
本期的電機一維CFD快速熱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。
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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。
展開 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
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 （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？
對于汽車行業的CFDer來說，一維仿真與三維仿真是我們工作中經常用到的仿真方法。也許很多人會困惑，什么是一維仿真，什么是三維仿真？為什么要CFD仿真要分成一維和三維，他們各有什么特點？對于菜鳥入門來說哪個更好？實際研發中哪個作用更大？本周我們就來聊聊CFD的一維與三維仿真。
首先解釋下什么是一維與三維的CFD仿真。一維仿真，代表變量只沿著一個空間方向變化，而在與這個方向垂直的面上均認為相等。三維仿真，則是變量在空間三個方向上都會發生變化。以一根直管道為例，認為管道每個橫截面上流速均相等，只考慮流速隨管道長度方向的變化就是一維仿真，同時考慮流速隨長度方向以及橫截面上各個半徑方向都發生變化，則是三維仿真。
從現在比較流行的V模型開發流程中可以比較容易看出一維與三維CFD仿真之間的關系。 在V流程左邊是虛擬開發階段，V流程右邊是試驗驗證階段，而一維和三維仿真則主要是在虛擬開發階段發揮作用。一維仿真側重于系統級分析，對應于V流程中的整車級分析，系統以及子系統分析，重點在于性能分析，進行關鍵零部件的選型與匹配，在項目前期，將整車目標分解至各個零部件，對關鍵零部件提出具體的性能要求。而三維仿真則側重于零部件級別詳細的開發，側重于流場詳細結構的優化。
上面講起來有些抽象，舉幾個比較實際的例子吧。
（1）整車冷卻系統仿真。一維仿真側重于冷卻系統各個部件之間的匹配，會在一維模型中搭建冷卻系統回路的各個部件模型，分析散熱器的散熱能力是否滿足要求，格柵風量是否足夠，冷卻風扇是否匹配，冷卻水泵是否滿足要求，最終關注冷卻水溫是否滿足開發要求，若不滿足要求，則從系統層面提供優化方案。另外也可以對冷卻系統的控制策略提供一些優化意見，比如風扇和水泵的控制等等。
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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