08.发动机舱热管理快速分析方法

CAE － 成本节约和技术革新的关键技术 发动机舱热管理快速方法 西迪阿特信息科技( 上海）有限公司 技术部 江兴贤 – 国内外汽车发动机舱分析状况 – 发动机舱分析核心技术-包面技术 – 发动机舱分析核心技术-物理模型 – 总结 目录 – 国内外汽车发动机舱分析状况 – 发动机舱分析核心技术-包面技术 – 发动机舱分析核心技术-物理模型 – 总结 目录 国内外汽车发动机舱分析状况 传统方法 Ø CAD 建模 CFD 建模和条件 设定 CFD 解算 后处理 CAD师 计算机 面修复 耗费巨大的人工投入！！ es-uhood 建立分析模型 结果处理 分析中的时间分配 CAD Repair Mesh Solve Assess Time for Step Total Time Step Optimise Critical bottleneckbottleneck 包面（Wrapper）－解决当前CFD分析的瓶颈 – 国内外汽车发动机舱分析状况 – 发动机舱分析核心技术-包面技术 – 发动机舱分析核心技术-物理模型 – 总结 目录 • 将输入的几何处理成形状封闭的面，为做体网格做好准 备 • 特点及功能 –1. 将整个区域封闭 –2. 可根据需要来保持特征细节 –3. 在两个不连续的几何间避免连接 –4. 可在模型中寻找结构漏洞 –5. 可自动增加板金件厚度 • 显著优势 –时间得到了巨大的减少 –通过各种技术控制，可以得到理想的网格精度 包面(warp surface) 封闭表面 CAD 需要大致形状的包面结果 带有局部细化的包面 （结构保持的较好） 特征的保持/简化 部件1 部件2 CAD 有可能在包面后， 两部件有连通的部分 通过设定两部件是不接触后的包面结果 防止接触功能 点通过雨刷的安装孔，从里面探 测到此有流体通路 如CAD数据中保留有诸如象雨刷安装孔这样的结构，在流体分析中不 应该有此流体通路，所在在自动包面的时候，此功能在车内可放一点，然 后此功能可自动向车外搜索流体通路。 探测漏洞 钣金件厚度 – 对于部分重要零部件，可以手动拉出厚度 - 对大部分零部件，包面时可以自动拉出厚度 CAD Wrapped Surface 没有厚度 有厚度 表面修复技术（wrapper) –原来：手动表面修复技术 • 预测一下修复由几百个部件组成的复杂几何时（比如汽车发动机 舱，准备面网格： 1 个月/熟练工程师） – 自动修复技术（wrapper) • 可以缩短到 1周 甚至几天 STAR-CCM+包面功能 福特全球使用包面技术 Surface Mesh Surface Mesh Auto Repair Auto Repair Surface Preparation Volume Mesh Generation Solver Export STL Manual Repair Manual Repair Volume Mesh Volume Mesh Volume Repair Volume Repair Manual Repair Manual Repair Solver Solver Post Results Post Results 1:0 0. 0.2:0 18:0Time: = 21 某小客车外气动分析周期 WrapperWrapper RemesherRemesher Surface Preparation Volume Mesh Generation Solver Export STL data Repair Surface Repair Surface Trim Mesher Trim Mesher Prism Layer Prism Layer Repair Volume Repair Volume Solver Solver Post Results Post Results 4:12 :30 02:13 16:40Time: = 23.5 Hours 某卡车外气动及发动机舱分析周期 WrapperWrapper RemesherRemesher Surface Preparation Volume Mesh Generation Solver Export STL data Repair Surface Repair Surface Trim Mesher Trim Mesher Prism Layer Prism Layer Repair Volume Repair Volume Solver Solver Post Results Post Results :36 0:00 :001:27 20.00Time: = 22 Hours + Spinning Tires:10.00 32 Hours 某高级轿车外气动及发动机舱分析周期 – 国内外汽车发动机舱分析状况 – 发动机舱分析核心技术-包面技术 – 发动机舱分析核心技术-物理模型 – 总结 目录 热交换器模型（1） 散热器 –热交换器数值的计算方法 • 每个单元上的热交換量Qcell [W] （+空气侧，-冷却水侧） –UAｌ：每个单元上的热交换率(×各单元的热交换器的表面积)[W/K] –Thot ： 每个单元上的高温流体温度 [K] –Tcold： 每个单元上的低温流体温度 [K] • UAL多项，低温流体的速度的多项式 • UAL table，低温流体的速度的table 5.1 热交换器模型（2） 散热器 –热交换器数值的计算方法 • 热交换器总热交換量Q [W] –UAg： 热交换器的总的热交换率（×热交换器的总面积） [W/K] –Thot-in： 高温流体温度 [K] –Tcold-in： 低温流体温度 [K] • UAG table, 低温流体的速度的UAG table • Q table，设定低温流体的速度、Q值 热交换器模型（3） 散热器 Q Table • 选择Q Table • Q Table详细设置 风扇模型（1） 风扇区域网格 –风扇源项 含叶片时网格 –多旋转坐标系 –Mixing plane –Sliding mesh Spin Direction 风扇模型（2） 风扇模型设定方法特点 ◎○△○精度（热） ◎○○△精度（流动） ○○◎◎稳定性 ◎◎◎◎设定工时 △○◎◎计算时间 ○◎△◎叶片位置影响 Sliding mesh Mixing plane 多旋转坐标系 Fan source △较差 ○一般 ◎较好 散热器/风扇网格 3 mm Prism Layer No prism layer on ends 8 mm cell size Fan typically wind milling, modeling not critical. If fan is used, polyhedral cells are typcally used. 应用1: Ford Mondeo 发动机舱热管理所有工作在一天内完成 Grid Generation: 1.5 Hours, 7 Million Cells Ford Mondeo • Medium level of detail • Includes: • 3 Heat Exchangers • 2 Fans • Wall layer around all surfaces 更细化的网格 Grid Generation: 2.5 Hours, 16.5 Million Cells Accuracy of Aerodynamics • For accurate drag/lift wake prediction, point of separation is critical for vehicle aerodynamics. • Our clients have found that Low Reynolds mesh applied to the exterior provides the most accurate results. • CD-adapco has made use of a Low Reynolds Mesh part of our robust process and is used in most of our test cases. Low Reynolds mesh on Exterior 考虑热交换器模型 Grid Generation: 2.75 Hours, 17.3 Million Cells Dual Fluid Stream Heat Exchanger Simulation 案例2：NASCAR Demo: Data Supplied Thursday, Results sent next day –国内外汽车发动机舱分析状况 –发动机舱分析核心技术-包面技术 –发动机舱分析核心技术-物理模型 –总结 目录 总结 Ø STAR-CCM+ 提供了从几何修复到后处理的一体化平台， 大大缩短了分析周期及减少软件采购成本 Ø 强大的包面（wrapper)技术大大减少了人工简化修复几 何的工作量 Ø 专业的各种物理模型确保了结果的准确性 Ø CDAJ-China丰富的发动机舱分析经验及技术实力为中国 汽车企业的相关分析提供了强大的支持 CAE － 成本节约和技术革新的关键技术 谢谢！