一維CFD仿真的案例
車輛冷卻風(fēng)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(fēng)道的3D模型，并采用邊界耦合法建立了特殊冷卻風(fēng)道的一維CFD仿真模型。在此基礎(chǔ)上，利用主要部件的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了某裝甲車輛冷卻系統(tǒng)模型，研究環(huán)境溫度和散熱器高度變化時(shí)對(duì)冷卻風(fēng)道主要設(shè)計(jì)參數(shù)之間的影響。仿真結(jié)果為冷卻風(fēng)道的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
04.車輛冷卻風(fēng)道的一維CFD仿真分析.pdf
CFD專欄丨電機(jī)一維CFD快速熱仿真
電機(jī)外觀
電機(jī)參數(shù)
電機(jī)內(nèi)部熱電偶（紅點(diǎn)）
電機(jī)外部熱電偶
電機(jī)兩種工作模式下的損耗
不帶變頻器的電機(jī)溫度
仿真和試驗(yàn)對(duì)比
帶變頻器的電機(jī)溫度
仿真和試驗(yàn)對(duì)比
? Flow Simulator熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)果（穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)）
Flow Simulator電機(jī)溫度（不帶變頻器）
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展開(kāi) 汽車CFD仿真中的一維與三維，哪個(gè)更有意思，哪個(gè)更牛逼？
對(duì)于汽車行業(yè)的CFDer來(lái)說(shuō)，一維仿真與三維仿真是我們工作中經(jīng)常用到的仿真方法。也許很多人會(huì)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(diǎn)？對(duì)于菜鳥(niǎo)入門來(lái)說(shuō)哪個(gè)更好？實(shí)際研發(fā)中哪個(gè)作用更大？本周我們就來(lái)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(gè)空間方向變化，而在與這個(gè)方向垂直的面上均認(rèn)為相等。三維仿真，則是變量在空間三個(gè)方向上都會(huì)發(fā)生變化。以一根直管道為例，認(rèn)為管道每個(gè)橫截面上流速均相等，只考慮流速隨管道長(zhǎng)度方向的變化就是一維仿真，同時(shí)考慮流速隨長(zhǎng)度方向以及橫截面上各個(gè)半徑方向都發(fā)生變化，則是三維仿真。
從現(xiàn)在比較流行的V模型開(kāi)發(fā)流程中可以比較容易看出一維與三維CFD仿真之間的關(guān)系。 在V流程左邊是虛擬開(kāi)發(fā)階段，V流程右邊是試驗(yàn)驗(yàn)證階段，而一維和三維仿真則主要是在虛擬開(kāi)發(fā)階段發(fā)揮作用。一維仿真側(cè)重于系統(tǒng)級(jí)分析，對(duì)應(yīng)于V流程中的整車級(jí)分析，系統(tǒng)以及子系統(tǒng)分析，重點(diǎn)在于性能分析，進(jìn)行關(guān)鍵零部件的選型與匹配，在項(xiàng)目前期，將整車目標(biāo)分解至各個(gè)零部件，對(duì)關(guān)鍵零部件提出具體的性能要求。而三維仿真則側(cè)重于零部件級(jí)別詳細(xì)的開(kāi)發(fā)，側(cè)重于流場(chǎng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
上面講起來(lái)有些抽象，舉幾個(gè)比較實(shí)際的例子吧。
（1）整車?yán)鋮s系統(tǒng)仿真。一維仿真側(cè)重于冷卻系統(tǒng)各個(gè)部件之間的匹配，會(huì)在一維模型中搭建冷卻系統(tǒng)回路的各個(gè)部件模型，分析散熱器的散熱能力是否滿足要求，格柵風(fēng)量是否足夠，冷卻風(fēng)扇是否匹配，冷卻水泵是否滿足要求，最終關(guān)注冷卻水溫是否滿足開(kāi)發(fā)要求，若不滿足要求，則從系統(tǒng)層面提供優(yōu)化方案。另外也可以對(duì)冷卻系統(tǒng)的控制策略提供一些優(yōu)化意見(jiàn)，比如風(fēng)扇和水泵的控制等等。
展開(kāi) CFD專欄丨氣體存儲(chǔ)一維CFD仿真
實(shí)驗(yàn)裝置圖
一維仿真原理圖
實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)
一維CFD模型
熱網(wǎng)絡(luò)模型的對(duì)流單元定義
McAdams對(duì)流換熱系數(shù)理論公式：
垂直面的對(duì)流換熱系數(shù)模型
水平面的對(duì)流換熱系數(shù)模型
一維仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比：
氦氣壓力隨時(shí)間的變化，高壓罐=20.79MPa
氦氣溫度隨時(shí)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(shí)間的變化,高壓罐=2.17MPa
隨著氣源壓力的降低，初始時(shí)刻溫度降低的幅度也減小了
6
總結(jié)
采用Flow Simulator分別模擬了氫氣的快充過(guò)程，預(yù)冷氫氣的長(zhǎng)距離管路輸運(yùn)，以及壓縮氦氣的充放過(guò)程。仿真結(jié)果和物理實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)達(dá)到了理想的精度。
展開(kāi) 
CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
采用一維仿真計(jì)算可以獲得最佳的冷卻效果。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
高壓透平第一級(jí)輪盤冷卻計(jì)算
原理圖
邊界條件
3個(gè)冷氣入口，一個(gè)出口，輸入總溫、總壓邊界
邊界條件
如果入口是旋轉(zhuǎn)的，還需要輸入Swirl數(shù)（氣流切向速度和輪盤線速度的比值）
旋轉(zhuǎn)腔體的建模
Cavity示意圖
導(dǎo)入CAD模型，抓取幾何上的特征點(diǎn)，將盤腔沿徑向切割為8個(gè)區(qū)域(Cavity)。利用角動(dòng)量守恒原理計(jì)算氣流在每個(gè)Cavity中的速度、溫度、壓力和Swirl的變化。
注意：Cavity只能通過(guò)Vortex Chamber或Inertial Chamber創(chuàng)建。
CFD專欄丨Flow Simulator案例：航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室一維仿真
通過(guò)一維仿真快速評(píng)估不同燃燒室長(zhǎng)度對(duì)燃燒效率的影響，避免“過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致壓損過(guò)大，過(guò)短導(dǎo)致燃燒不充分”的困境。</li><li>燃料分級(jí)設(shè)計(jì)。模擬主燃區(qū)與補(bǔ)燃區(qū)的燃料分配，平衡高功率工況的穩(wěn)定性和低污染排放需求。</li><li>極端條件預(yù)測(cè)。在高空低氧條件下，預(yù)判燃燒室熄火風(fēng)險(xiǎn)并優(yōu)化點(diǎn)火策略。</li></ol><p><br></p><p><strong>? 一維燃燒室仿真的優(yōu)勢(shì)與局限</strong></p><p><br></p><p><strong>優(yōu)勢(shì)</strong></p><ol><li>用“分段建?！贝鎻?fù)雜的多維計(jì)算，每個(gè)控制體代表一個(gè)平均狀態(tài)的流動(dòng)單元。計(jì)算速度比三維仿真快百倍以上，適合早期設(shè)計(jì)迭代。</li><li>系統(tǒng)級(jí)分析：可與整機(jī)性能模型（如壓氣機(jī)、渦輪）無(wú)縫耦合。</li><li>物理機(jī)制清晰：通過(guò)簡(jiǎn)化模型揭示燃燒室宏觀規(guī)律（如“富油-貧油”燃燒策略的影響）。</li></ol><p><strong>局限</strong></p><ol><li>細(xì)節(jié)缺失：無(wú)法捕捉局部現(xiàn)象（如火焰穩(wěn)定性、旋流渦結(jié)構(gòu)）。</li><li>依賴經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停喝紵俾?、湍流混合等參?shù)需依賴實(shí)驗(yàn)或高維仿真校準(zhǔn)。</li></ol><p><br></p><p>本期的FlowSimulator案例：航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)用功能，敬請(qǐng)期待。
展開(kāi) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真｜CMCL填補(bǔ)CFD與0維/1維均質(zhì)反應(yīng)模型方法間的空白
相比基于物理樣機(jī)試驗(yàn)的傳統(tǒng)涉及方法，數(shù)值模擬仿真設(shè)計(jì)方法大大地節(jié)約了研發(fā)成本、縮短了研發(fā)周期。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)一維概念設(shè)計(jì)，CMCL燃燒仿真解決方案可以幫助用戶快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、熄火、失火、火焰?zhèn)鞑ヒ约爸鹧舆t時(shí)間和排放等過(guò)程的模擬；對(duì)于燃油霧化等多相流問(wèn)題，可通過(guò)CFD仿真技術(shù)進(jìn)行精確仿真。全流程的燃燒仿真解決方案能幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域、多維度的燃燒仿真計(jì)算。
CMCL軟件起源于劍橋，可提供領(lǐng)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(xué)反應(yīng)模型）、SRM EngineSuite?（內(nèi)燃機(jī)物理化學(xué)模型）、MoDS?（模擬功能的自主機(jī)器學(xué)習(xí)和高級(jí)統(tǒng)計(jì)）以及Explorer?（可視化的后處理工具），彌補(bǔ)了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）與零維/一維均質(zhì)反應(yīng)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(kāi) 一維線彈性應(yīng)力波在有限長(zhǎng)桿中傳播（一維應(yīng)力波模擬仿真；應(yīng)力波在桿中傳播；應(yīng)力波基礎(chǔ)；固體中的應(yīng)力波） ￥49.99
一維線彈性應(yīng)力波在有限長(zhǎng)桿中傳播（應(yīng)力波基礎(chǔ)；固體中的應(yīng)力波）
波動(dòng)是一種常見(jiàn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。波動(dòng)是質(zhì)點(diǎn)群聯(lián)合起來(lái)表現(xiàn)出的周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。其成因是介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)受到相鄰質(zhì)點(diǎn)的擾動(dòng)而隨著運(yùn)動(dòng)，并將振動(dòng)形式由遠(yuǎn)及近的傳播開(kāi)來(lái)，各質(zhì)點(diǎn)間存在相互作用的力。在可變形固體介質(zhì)中，對(duì)力學(xué)平衡狀態(tài)的擾動(dòng)表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)速度的變化和相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的變化。由于可變形介質(zhì)的特性，當(dāng)固體中的某些部分受到擾動(dòng)因而處于力學(xué)上的不平衡狀態(tài)時(shí)，固體中的其他部分需要一定的時(shí)間才能感受到這種不平衡。當(dāng)固體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，這種因應(yīng)力和應(yīng)變的變化而引起的擾動(dòng)以波的形式在固體中傳播。
[問(wèn)題討論]使用Python學(xué)習(xí)CFD初級(jí)理論系列一二維擴(kuò)散（9/10）
注：本系列教程來(lái)自國(guó)外一個(gè)使用Python進(jìn)行CFD初級(jí)理論學(xué)習(xí)的項(xiàng)目，源項(xiàng)目網(wǎng)址為：http://lorenabarba.com/blog/cfd-python-12-steps-to-navier-stokes/。感興趣的同學(xué)可以去官方主頁(yè)了解更多信息。
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)“CFD之道”，有刪減，感謝源作者。
[問(wèn)題討論]使用Python學(xué)習(xí)CFD初級(jí)理論系列一二維線性對(duì)流（8/10）
前面的案例大多數(shù)是一維的問(wèn)題，從現(xiàn)在開(kāi)始我們進(jìn)入二維的世界。
事實(shí)上將一維問(wèn)題擴(kuò)展到二維甚至三維都是非常簡(jiǎn)單的，采用相同的思路。在2D空間中，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可定義為：
注意這里所提到的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，我們?cè)诤竺孢€會(huì)詳細(xì)介紹。
因此，可定義一階差分格式：
下面來(lái)處理二維線性對(duì)流方程。
1
二維線性對(duì)流模型
二維線性對(duì)流控制方程為：
這里時(shí)間項(xiàng)采用向前差分，空間項(xiàng)采用向后差分，離散方程可寫成以下格式：
式中，i為x方向角標(biāo)，j為y方向角標(biāo)，n為時(shí)間項(xiàng)角標(biāo)。
可得待求項(xiàng)：
采用初始條件：
邊界條件：
2
Python代碼
先用代碼將初始條件和邊界條件表達(dá)出來(lái)。
展開(kāi) [問(wèn)題討論]使用Python學(xué)習(xí)CFD初級(jí)理論系列一二維Burger方程（10/10）
注：
[1]本系列教程來(lái)自國(guó)外一個(gè)使用Python進(jìn)行CFD初級(jí)理論學(xué)習(xí)的項(xiàng)目，源項(xiàng)目網(wǎng)址為：http://lorenabarba.com/blog/cfd-python-12-steps-to-navier-stokes/。感興趣的同學(xué)可以去官方主頁(yè)了解更多信息。官方發(fā)布案例文件見(jiàn)：文件鏈接
[2]本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)“CFD之道”，有刪減，感謝源作者。
北京維禹特科技發(fā)展有限公司招聘CFD氣體仿真工程師，待遇優(yōu)厚！
北京維禹特科技發(fā)展有限公司招聘CFD氣體仿真工程師，要求：
1.能夠?qū)捰突どa(chǎn)裝置的3D模型進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬，建立風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；現(xiàn)場(chǎng)密封點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，能夠通過(guò)風(fēng)場(chǎng)中采樣點(diǎn)的泄漏數(shù)值，模擬進(jìn)行溯源工作，找到大致具體的泄漏位置；
2.對(duì)石油煉化企業(yè)的VOCs無(wú)組織排放有所了解，有能夠根據(jù)流體力學(xué)和CFD知識(shí)解決VOCs現(xiàn)場(chǎng)布置采樣點(diǎn)的能力。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)支持；
3.能夠熟練使用Fluent、ANSYS、Gambit軟件,熟悉其他主流CFD分析軟件。
4.ANSYS或者Gambit對(duì)模擬風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
5.熟悉計(jì)算流體力學(xué)的各種數(shù)值算法；流體力學(xué)、熱力學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)；熟練使用至少一種編程語(yǔ)言。
6.編寫分析結(jié)果報(bào)告，做出相關(guān)優(yōu)化改進(jìn)；具有良好的溝通能力及團(tuán)隊(duì)合作精神， 能適應(yīng)出差。
男生、碩士?jī)?yōu)先，工作地點(diǎn)：大慶，薪酬面議。
有意者請(qǐng)電聯(lián)15845826084或?qū)€(gè)人簡(jiǎn)歷發(fā)至liyue1118@126.com。
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1.能夠?qū)捰突どa(chǎn)裝置的3D模型進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬，建立風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；現(xiàn)場(chǎng)密封點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，能夠通過(guò)風(fēng)場(chǎng)中采樣點(diǎn)的泄漏數(shù)值，模擬進(jìn)行溯源工作，找到大致具體的泄漏位置；
2.對(duì)石油煉化企業(yè)的VOCs無(wú)組織排放有所了解，有能夠根據(jù)流體力學(xué)和CFD知識(shí)解決VOCs現(xiàn)場(chǎng)布置采樣點(diǎn)的能力。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)支持；
3.能夠熟練使用Fluent、ANSYS、Gambit軟件,熟悉其他主流CFD分析軟件。
4.ANSYS或者Gambit對(duì)模擬風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
5.熟悉計(jì)算流體力學(xué)的各種數(shù)值算法；流體力學(xué)、熱力學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)；熟練使用至少一種編程語(yǔ)言。
6.編寫分析結(jié)果報(bào)告，做出相關(guān)優(yōu)化改進(jìn)；具有良好的溝通能力及團(tuán)隊(duì)合作精神， 能適應(yīng)出差。
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展開(kāi) 某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)的一維及三維聯(lián)合仿真
摘 要：為提高整車熱管理系統(tǒng)的仿真效率和精度，文章以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，利用三維仿真獲取空氣側(cè)支路的各項(xiàng)性能參數(shù)，后導(dǎo)入一維軟件中進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估電驅(qū)冷卻支路所需的最低流量。最終確定在使用現(xiàn)有風(fēng)扇和散熱器的情況下，電驅(qū)路流量至少需達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
關(guān)鍵詞：熱管理;電驅(qū)冷卻;聯(lián)合仿真;
隨著混合動(dòng)力技術(shù)的快速發(fā)展，行業(yè)和客戶對(duì)整車熱管理系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。目前行業(yè)內(nèi)主要還是依靠試驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行性能確認(rèn)和控制策略標(biāo)定，這種方式成本高、周期長(zhǎng)，大大影響了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度。傳統(tǒng)的三維仿真雖然能對(duì)局部熱管理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)，但是針對(duì)多系統(tǒng)耦合的發(fā)艙熱管理存在計(jì)算效率偏低的問(wèn)題。
本文以某電驅(qū)冷卻系統(tǒng)為例[1]，采用一維及三維聯(lián)合仿真的方式，在僅有風(fēng)扇及散熱器數(shù)模的情況下，首先通過(guò)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(guò)多次調(diào)整流量邊界，最終確定該系統(tǒng)流量達(dá)到16 L/min才能滿足冷卻系統(tǒng)≤100℃的要求。
1 風(fēng)扇性能求解
1.1 計(jì)算目的
對(duì)風(fēng)扇流場(chǎng)進(jìn)行求解的目的是獲取風(fēng)扇的靜壓-流量曲線，該曲線為FloMASTER中風(fēng)扇元件設(shè)置的必要性能曲線，表示空氣通過(guò)風(fēng)扇后壓力的升高值與通過(guò)風(fēng)扇的流量之間的關(guān)系。因此，在僅有風(fēng)扇數(shù)模的情況下，可以通過(guò)三維仿真軟件PumpLinx計(jì)算風(fēng)扇的靜壓及流量數(shù)據(jù)，將其作為數(shù)據(jù)輸入，聯(lián)合一維仿真軟件進(jìn)行空氣側(cè)系統(tǒng)的整體求解。
1.2 計(jì)算邊界及模型
空氣域和轉(zhuǎn)子域的計(jì)算邊界如表1所示。其中空氣域?yàn)槿~輪交界面與殼體圍成的氣體域，轉(zhuǎn)子域?yàn)槿~輪交界面與葉輪圍成的旋轉(zhuǎn)氣體域。
展開(kāi) 整車熱管理的一維與三維耦合仿真
同時(shí)建立了三維整車熱管理數(shù)值模型和發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)的一維數(shù)值模型。發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)流場(chǎng)及其換熱特性三維仿真獲得的對(duì)流換熱系數(shù)和換熱量,可用來(lái)在發(fā)動(dòng)機(jī)及其冷卻系統(tǒng)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(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱流特性。如此反復(fù)迭代直至收斂。這樣的一維和三維耦合仿真分析,為樣機(jī)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
