STARCCM风扇模拟

合集下载

基于STAR-CCM+的某发动机冷却风扇数值模拟

基于STAR-CCM+的某发动机冷却风扇数值模拟唐琳;谭礼斌;黄灿;刘小强;余千英;何丹;冷小丽【摘要】Based on computational fluid dynamics (CFD) theory, the steady-state flow field characteristics of an engine cooling fan are analyzed by using STAR-CCM+ software. The internal velocity field distribution is analyzed, and the air volume of the cooling fan at a given working point is predicted. Meanwhile, the reliability of CFD simulation is verified by comparison with the airflow volume experimental results of the engine cooling fan test.%基于计算流体动力学理论,采用STAR-CCM+软件对某发动机冷却风扇进行稳态流场特性分析,分析其内部速度场分布,预测冷却风扇在给定工况点下的风量大小,同时与实验测试的风量对比,验证了CFD仿真分析的可靠性.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】5页(P126-130)【关键词】STAR-CCM+;冷却风扇;速度场;数值模拟;实验验证【作者】唐琳;谭礼斌;黄灿;刘小强;余千英;何丹;冷小丽【作者单位】隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所CFD研究室, 重庆400039【正文语种】中文【中图分类】O348;U4650 引言发动机冷却风扇主要作用是利用空气的流动，对运行中的发动机进行冷却[1]。

31.基于STAR-CCM+的DC-DC散热数值模拟

31.基于STAR-CCM+的DC-DC散热数值模拟2009 年 CDAJ－China 中国用户论文集基于STAR-CCM+的DC-DC 散热数值模拟Numerical Simulation of Heat Transfer in DC-DC by STAR-CCM+余小东李义林贾宏涛长安汽车股份有限公司汽车工程研究院 CAE 所摘要：本文应用流体力学计算软件STAR-CCM+对长安某车型DC/DC 散热组件建立物理数学模型，耦合求解其流场和温度场，得到不同空气流量下 DC/DC 散热装置的最高温度并对其散热模型进行优化设计。

关键词： STAR-CCM+ DC-DC 散热计算流体力学Abstract： In the paper, the three dimensional physical and mathematical models of DC-DC of a Changan vehicle were proposed by STAR-CCM+, the coupled calculation of temperature and velocity variables was completed. The maximum temperature of DC-DC was obtained at different gas flow rate and the model of DC-DC had been optimized. Key words： STAR-CCM+ DC-DC Heat transfer CFD1 前言DC-DC 变换器在家用电器、工业控制、通信、国防、交通等领域都有着广泛的应用。

它作为独立电源，或者是其他开关电源的一部分，正朝着高频化，高功率密度，大容量化的方向发展，其效率与可靠性也越来越高。

DC-DC 变换器也应用在长安某款混合动力汽车中，由于它的高功率密度，其散热问题一直是设计人员关注的焦点。

STAR-CCM _风扇模拟

获取轴流风扇特征
1. 旋转参考坐标系
z z z z z
旋转参考坐标系(Moving Reference Frame)是通过稳态的方法进行风扇的模拟需要风扇详细的CAD数据稳态计算将旋转区域单独分割开来，与其他区域进行interface连接网格并非真实运动，通过旋转参考坐标系的方法体现风扇旋转区域的效果，把动量源加载到叶片转动所扫过区域的网格风扇模拟的一般应用方法
1.2-5 边界条件(3)
z
MRF域中的Walls边界是不需要随计算域所旋转的，应将其设置为静止
¾
在树形模型窗口中，选择Rotating < Boundaries < Walls < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定 Method其属性值为”None”； Reference Frame数值值设定为 “Absolute”
z
1.1 旋转参考坐标系设置
1. 2.
树形模型窗口中，右键Tools < Reference Frames，选择New < Rotating。在 Reference Frames节点下增加”Rotating”节点点击Reference Frames < Rotating，在属性窗口中设置其属性值
¾
¾
在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Axis < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定Method其属性值为 ”Rotation Rate” 选择Axis < Pyhsics Values < Wall Rotation < Constant，将其属性值设置为2000rmp

Star CCM+ 风机模拟

5
Sirocco Fan Performance Curve
Best Efficiency Point (BEP)
Region of Instability
Throttle Range
Overload Range
6
Model Parameters
◊ Fan wheel outer diameter (D2) :200 mm ◊ Inner/Outer diameter (D1/D2) : 0.8 ◊ Number of blades : 38 ◊ Rotor width : 82 mm ◊ Scroll housing width: 87 mm ◊ Volute opening angle (α) :7° Modeling Physics Ideal gas Segregated flow Mass Inlet / Pressure outlet Rotational speed:1000 rpm Steady-State Moving Reference Frame (MRF) Rotor Positions: 0°,3°,6°
7
CFD Simulations outline
Realizable k-ε
Turbulence models
(Moving Reference Frame )
SST k-ω Spalart-Allmaras
Steady-state
CFD Simulations
Polyhedral
13
Turbulence models coomparison
Workstation : CPU : Intel Core i7 (2.8 GHz) RAM : 8 GB

基于CFD的新能源汽车冷却风扇气动性能仿真分析

２０２０年第２期车辆与动力技术Ｖｅｈｉｃｌｅ＆ＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ总第１５８期文章编号：１００９－４６８７（２０２０）０２－００３１－０５收稿日期：２０２０－０３－３０作者简介：刘继伟（１９９３－），男，硕士，研究方向为新能源汽车热管理．基于ＣＦＤ的新能源汽车冷却风扇气动性能仿真分析刘继伟，　龙海峰，　席忠民，　许俊海，　何凯欣，　何重光，　梁佳佳（广汽新能源汽车有限公司，广州５１１４３４）摘　要：以某新能源汽车的７叶片的冷却风扇为研究模型，通过ＳＴＡＲＣＣＭ＋软件中Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ ε湍流模型对其进行定常三维数值计算．首先进行了网格数量的无关性验证；然后通过试验验证了数值计算模型的准确性，并对冷却风扇内部流场压力与速度分布进行了分析；最后分析了叶片个数参数对冷却风扇气动性能的影响．结果表明：相同转速的工况下，当冷却风扇静压相同时，随着叶片个数增多，其产生的流量越大．在冷却风扇的静压效率方面，在风扇静压１７０２００Ｐａ左右时，９叶片风扇静压效率最高．在其他静压区间，当叶片数为７、８时，风扇静压效率要高于９叶片风扇．研究可以为新能源汽车冷却风扇气动性能优化提供依据．关键词：冷却风扇；气动性能；数值仿真；叶片个数中图分类号：ＴＨ４２；Ｕ４６２文献标识码：ＡＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＮｅｗＥｎｅｒｇｙＶｅｈｉｃｌｅＣｏｏｌｉｎｇＦａｎｓＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢａｓｅｄｏｎＣＦＤＬＩＵＪｉｗｅｉ，　ＬＯＮＧＨａｉｆｅｎｇ，　ＸＩＺｈｏｎｇｍｉｎ，　ＸＵＪｕｎｈａｉ，　ＨＥＫａｉｘｉｎ，ＨＥＣｈｏｎｇｇｕａｎｇ，　ＬＩＡＮＧＪｉａｊｉａ（ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＧＡＣＮｅｗＥｎｅｒｇｙＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４３４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅ７ｂｌａｄｅｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｏｆａｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍｏｄｅｌＴｈｅｓｔｅａｄｙｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＲｅａｌｉｚａｂｌｅｋ εｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｉｎＳＴＡＲＣＣＭ＋ｓｏｆｔｗａｒｅＦｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｇｒｉｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔＴｈｅｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓｏｎｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｈｅｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｉｓｔｈｅｓａｍｅ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓ，ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｓｌａｒｇｅｒＩｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｏｌｉｎｇｆａｎ，ｗｈｅｎｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｆａｎｉｓａｂｏｕｔ１７０２００Ｐａ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ９ｂｌａｄｅｆａｎｉｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＩｎｏｔｈｅｒｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｉｏｎｓ，ｗｈｅｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓｉｓ７ａｎｄ８，ｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｆａｎｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅ９ｂｌａｄｅｆａｎＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｓｆｏｒｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｓ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓ近些年新能源汽车在中国发展迅速，新能源汽车的电子冷却风扇是整车热管理重要组成部分，电子冷却风扇的设计要满足电驱系统、电池系统与空调系统的冷却需求；同时，电子冷却风扇也会对新能源汽车的ＮＶＨ性能影响很大［１］．因此，设计出冷却性能好与低噪音的电子冷却风扇是至关重要的．ＣＦＤ仿真分析技术的出现可以缩短产品的开发周期，同时降低开发成本，更可以从机理上研究车辆与动力技术２０２０年冷却风扇的流动细节，目前已经广泛应用到冷却风扇的开发中．当前对冷却风扇的研究主要集中在轮毂比［２］、叶片个数［３］、叶顶间隙［４］、叶片安装角［５］与叶片形状［６］等方面对冷却风扇性能的影响．本文使用ＣＡＴＩＡ三维绘图软件创建了风扇的模型，用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ几何处理，最后使用ＳＴＡＲＣＣＭ＋计算软件求解，介绍了冷却风扇的气动性能数值计算方法、求解方法以及模型计算参数的选取．计算并分析了冷却风扇的静压与流量的关系，数值结果与试验值进行对比，证明了计算模型和计算方法的准确性；同时，对风扇内部压力场、速度场进行分析，所得结果为进一步研究新能源汽车冷却风扇提供了一定的理论基础与参考意义．１　几何模型冷却风扇的主要结构参数如下，叶片数：７；风扇半径：２３０ｍｍ；轮毂比：０４；叶片均匀等距分布在轮毂上．由于冷却风扇的原始几何模型较复杂，在网格划分的过程中，将对风扇流场影响小的区域（圆角和孔）用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ软件简化前处理，风扇计算域网格如图１所示，对叶片附近网格加密处理．按照冷却风扇的试验条件，将整个计算域划分为入口区、过渡区、旋转区和出口区，进出口区计算域均为半径是２倍风扇半径的圆柱．一般数值计算要求满足入口区长度大于１０倍风扇半径，这里入口区长度３０００ｍｍ；出口区长度大于１２倍风扇半径，出口长度４０００ｍｍ．图１　计算域网格整体划分２　控制方程与边界条件２１　控制方程不可压缩质量守恒方程为Ｕｉ／ｘｉ＝０，（１）动量守恒为ρ Ｕｉｔ＋ρＵｊＵｉｘｊ＝－Ｐｘｉ＋μ ｘｊｘｊＵｉ＋ｘｊμτＵｉｘｊ＋Ｕｊｘ()[]ｉ，（２）式中：Ｐ为流体静压；Ｕｉ，Ｕｊ为平均速度分量；ｘｉ，ｘｊ为坐标分量；μ为动力学黏性系数；μτ为湍流黏性系数．ｋ－ε湍流模型为［７］ρ Ｋｔ＋ρＵｊＵｉｘｊ＝－ｘｊμ＋μτσ()ｋＫｘ[]ｊ＋μτＵｊｘｊＵｊｘｉ＋Ｕｉｘ()ｊ－ρε，（３）ρ ε ｔ＋ρＵｉε ｘｉ＝ｘｊμ＋μτσ()ｓε ｘ[]ｊ＋ｃ１εｋμτ ＵｊｘｊＵｊｘｉ＋Ｕｉｘ()ｊ－ｃ２ρε２Ｋ，（４）式中：Ｋ为湍动能；ε为湍流耗散率；στ，σｓ为湍动能和湍流耗散率的普朗特常数；ｃ１，ｃ２为常数．２２　边界条件文中采用在汽车领域应用广泛的ＳＴＡＲＣＣＭ＋商业软件，研究的风扇流场属于低马赫数流动，介质空气属性近似为不可压缩介质，密度为１２０４ｋｇ／ｍ３，动力粘度为１８５５Ｅ５Ｐａ·ｓ，文中采用的旋转流动中应用广泛的Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ε湍流模型，壁面处理为ＴｗｏｌａｙｅｒＡｌｌｙ＋ＷａｌｌＴｒｅａｔｍｅｎｔ，选用多重参考系模型可将风扇旋转的瞬态问题用稳态方法数值求解，压力、动量、湍流耗散率都采用二阶迎风格式．试验过程中将冷却风扇安装在小型风洞出口处，风洞内在距离冷却风扇入口某一位置处，限定不同静压值，输入１３Ｖ电压，冷却风扇旋转，进而得到不同静压条件下冷却风扇的风量转速、电流、轴功率和效率．为与实验结果相对比，文中入口边界条件为质量流量入口，出口边界条件为压力出口，相对大气压力的静压为０，风扇表面、轮毂表面、护风罩表面为壁面边界条件．３　计算结果及分析３１　网格无关性验证计算区域的网格数量对数值求解的数值精度与模拟结果影响很大，数值求解时一般在关键流动区域进行网格细化，在对流动影响不大的区域适当调整网格大小，采用合理的网格参数控制策略既能提·２３·第２期刘继伟等：基于ＣＦＤ的新能源汽车冷却风扇气动性能仿真分析高计算精度又能节约时间成本．文中计算模型在扇叶周围划分边界层网格，在旋转区域、进出入口区域过度区均采用ｐｏｌｙ多面体网格．文中选取相同流量１２７９６ｍ３／ｓ条件下进行网格无关性分析，表１为选取的５种不同网格数量条件进行计算，得到冷却风扇的静压值与试验结果进行对比．从表１中可以看出网格数量达到１６０万左右，风扇静压几乎没有变化，并与试验结果很接近，最大误差为０５％左右．为保证计算资源和计算时间的限制，后续分析也在此数量网格条件下进行计算．表１　网格无关性验证总网格数转速／（ｒ·ｍｉｎ－１）流量／（ｍ３·ｓ－１）静压／Ｐａ５３３５３２２０６７１２７９６９５４８３３８２６２０６７１２７９６９８０１６７５４９１２０６７１２７９６１００３２６３６６６５２０６７１２７９６１００２６５１２９５０２０６７１２７９６１００１试验值２０６７１２７９０９９８３２　计算结果验证图２为试验结果与数值计算结果的静压与冷却风扇流量的关系对比，图３为试验结果与数值计算结果的静压与静压效率的关系对比，可以发现仿真结果与试验测试结果趋势大体相同，静压试验值和仿真结果最大误差为３６６％，最小误差为００３％，静压效率最大误差为２１％，最小误差为０，说明文中采用的网格精度与计算模型可以较精确的仿真冷却风扇的流动状态，可以为后面研究冷却风扇的气动性能研究提供理论支持．图２　风扇静压与流量的关系图３　风扇静压与静压效率的关系３３　内部流动特性分析研究冷却风扇工作机理对冷却风扇的开发有着重要作用，分析静压云图可以了解冷却风扇的受力情况，也可以发现流经风扇气体的流动状态．图４和图５为转速为２０６７ｒ／ｍｉｎ，入口流量为２２２６ｍ３／ｈ，冷却风扇压力面和吸力面上的静压分布，可以发现风扇压力面存在很大的正向压力区，且压力呈阶梯状分布，在扇叶的前端压力变化最大，此区域是冷却风扇做功的主要区域［８］；风扇吸力面存在很大的负压区域，在叶片的前缘与外圈交接处正、负压相差较大，出现回流区域，此处会造成功率损失，风扇气动噪声也主要在此区域发生［９］．冷却风扇吸力面压力最高达１００Ｐａ，压力面正压最大的位置与吸力面负压最小在扇叶上的位置相同，分别位于扇叶的两面．冷却风扇的轮毂部分为封闭实体，无气流通过，压力分布也比较均匀接近为零．图４　冷却风扇压力面静压分布图·３３·车辆与动力技术２０２０年图５　冷却风扇吸力面静压分布图如图６和图７所示，轮毂附近与靠近轮毂的气体速度很小，气体流动速度最大位置出现在风扇旋转方向叶片前缘处．同时，在扇叶相互作用的影响下，压力面后缘具有比压力面前缘更大的速度．图６　冷却风扇压力面速度分布图图７　冷却风扇吸力面速度分布图３４　叶片个数对风扇气动性能的影响研究在相同转速和相同结构情况下，扇叶个数与风扇性能的关系．图８为不同叶片个数条件下风扇流量与静压的关系．图９为不同叶片个数条件下风扇静压与效率的关系．在同一静压条件下，叶片个数越多，冷却风扇的流量越大，整体情况也符合叶片个数越多，流量越大的事实．９叶片风扇静压在１７０２００Ｐａ左右时，风扇静压效率最高，但是在冷却风扇工作的整个区间静压效率并不是随着叶片个数增加而变高．从图９中可以看出，在冷却风扇工作的其他静压区间，７、８叶片时高效率表现则优于９叶片风扇．图８　不同叶片个数条件下风扇静压与流量的关系图９　不同叶片个数条件下风扇静压与效率的关系由图１０可知，气体流动到冷却风扇轮毂处，空气不能通过，会出现低速流动区；气体均匀从入口处流经冷却风扇扇叶，气体流过冷却风扇后速度明显增加，由于风扇旋转的离心力的影响，气体流动方向会变化，变成螺旋流动；随着流动距离的增·４３·第２期刘继伟等：基于ＣＦＤ的新能源汽车冷却风扇气动性能仿真分析加，气体流动速度逐渐降低．图１０　流场内速度流线图４　结　语文中介绍了使用ＳＴＡＲＣＣＭ＋软件，采用多重参考系模型求解某新能源汽车冷却风扇的工作特性，介绍了仿真计算的方法与相关参数的选取，通过与试验结果的比较，证明了本文所用方法数值模拟冷却风扇流场特性的正确性；得到了冷却风扇流动区域的压力场与速度场等内部流场特征，分析了冷却风扇的流场特征；揭示了风扇的叶片个数对风扇流量的影响，并分析了风扇叶数对风扇效率的影响，本文的研究可为优化新能源汽车冷却风扇的性能提供依据．参考文献：［１］　周　杨纯电动汽车冷却系统数值分析［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２０１５．［２］　王振宁，王　红基于计算流体力学汽车冷却风扇优化设计［Ｊ］．机械设计与制造，２０１６（１０）：１８２１８６．［３］　赵要珍轿车发动机冷却风扇的ＣＦＤ分析与低噪声优化设计［Ｄ］．长春：吉林大学，２００７．［４］　赵立杰，王新玲，署恒涛，等轴流式发动机冷却风扇气动性能与气动噪声数值分析［Ｊ］．沈阳航空航天大学学报，２０１７，３４（０１）：５０５６．［５］　王银姣，卢剑伟，江　斌，等利用ＣＦＤ技术研究叶片斜度对贯流风机性能的影响［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２０１２，３５（７）：８８２８８７．［６］　李盛福，王欣欣汽车冷却风扇叶片参数优化设计分析［Ｊ］．机械设计与制造，２０１９（０７）：４８５２．［７］　谭礼斌，袁越锦，黄　灿，等旋风分离器流场分析与结构优化的数值模拟［Ｊ］．陕西科技大学学报，２０１８，３６（０３）：１５２１５９．［８］　庞　磊，李孝宽，李　嵩，等对旋轴流通风机气动性能的数值预估［Ｊ］．风机技术，２００８（０４）：２０２２．［９］　ＮＡＳＨＩＭＯＴＯＡ，ＦＵＪＩＳＡＷＡＮ，ＡＫＵＴＯＴ，ｅｔａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｎｏｉｓｅａｎｄｗａｋｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎａｃｏｏｌｉｎｇｆａｎｗｉｔｈｗｉｎｇｌｅｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，２００４，７（１）：檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲８５９２．（上接第３０页）４　结　论１）针对某插电式混合动力汽车设计了一套整车电机冷却热管理系统，来保证动力系统、电池系统、空调系统等在各模式／工况下的安全可靠运行．２）基于三维ＣＦＤ仿真分析与一维系统仿真分析相结合的方法，计算了电机冷却系统在纯电动模式，低速蠕行工况和６０ｋｍ／ｈ爬坡工况下系统的温度和流量，评估系统设计可行．３）考虑到热管理系统的能耗，对电机冷却系统中电子水泵及其控制策略进行优化．计算了优化前后，春秋季、夏季两种环境下，城市循环工况（３０次）电机冷却系统电子水泵总能耗．计算结果显示，优化后，春秋季、夏季环境，城市循环工况下，电子水泵能耗分别降低５４％和８５％，能耗降低明显．参考文献：［１］　国家质量监督检验检疫度总局和国家标准化管理委员会．ＧＢ１９５７８—２００４乘用车燃料消耗量限值［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００４．［２］　国家质量监督检验检疫总局和国家环境保护部．ＧＢ１８３５２６２０１６，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１６．［３］　周能辉，赵春明，辛明华，等．插电式混合动力轿车整车控制策略的研究［Ｊ］．汽车工程学报，２０１３，３５（２）：９９１０４．［４］　卢　山，卢桂萍，李　馨，等．基于Ｖ模式开发插电式混合动力汽车整车热管理控制策略研究［Ｊ］．计算机测量与测试，２０１８，２６（４）：８８９１．［５］　李　峰．插电式混合动力汽车热管理系统开发及其控制算法研究［Ｄ］．长春：吉林大学，２０１６．·５３·。

在STAR-CCM+中风扇的三种不同分析方法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆａｎｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｉｎＳＴＡＲ・ＣＣＭ＋．Ｉｔｓｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｉｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｗｉｔｈｌｆｏｗｒａｔｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐ．Ｉｔｃｏｕｌｄｂｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｏｍｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｌｏｆｗｉｆｅｌｄｎｄａｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｃａｎｂｅｓｅｅｎ．
使用了源项 “ ｆｎｍｏａｍｅｎｔｕｍｓｏｕｒｃｅ ” ， “ ｆｎｍｏａｍｅｎｔｕｍｓｏｕｒｃｅ ”
刖置
使用了 “ ａｃｕａｔｔｏｒｄｉｓｋ ”理论来理论近似风扇的工作过程，在
风扇模型在计算分析中的运用，可使分析结果更贴合实际，但代价就是模型的前处理、计算模型的复杂性增加、计
为了得到风扇作用到流动介质上的力，本文先从风扇前
后介质流动情况的速度三角形来陈述，如下图所示：

STARCCM实例操作教程(凤洞仿真)

Go to Parts > wind_tunnel. 2. Right click and select Create Mesh Operation > Automated Mesh. 3. Check that wind_tunnel is selected for Parts and select the models:
There are no grave errors in the geometry, close the panel after checking them. • The Close Proximity Faces are resolved after splitting and interface creation. • Poor Quality Faces are gone after remeshing.
49
Check Surface
In the edit panel click on Manage Thresholds. 2. In the new panel check that all thresholds are active, then click Apply and OK.
1.
50
Check Surface
•
Specify thickness of prism layer.
Define physics settings. • Incompressible, turbulent, steady.
Check solver settings. • Use defaults.
Run simulation.
57
Default mesh settings
Make the default mesh settings. 1. Go to Operations > Automated Mesh. 2. Under Default Controls set:

基于STAR灢CCM+的某低速电动车用散热器数值模拟分析

第38卷第3期陕西科技大学学报 V o l.38N o.3 2020年6月 J o u r n a l o f S h a a n x iU n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y J u n.2020* 文章编号:2096-398X(2020)03-0145-08基于S T A R-C C M+的某低速电动车用散热器数值模拟分析谭礼斌,袁越锦*,徐英英,赵哲(陕西科技大学机电工程学院,陕西西安 710021)摘要:以某低速电动车用散热器为研究对象,基于计算流体动力学方法,采用流体分析软件S T A R-C C M+对搭载整车的两款散热器进行流场对比分析,分析怠速工况和最高车速(45k m/h)下流场分布结果.结果显示,搭载整车后,散热器方案二的整体冷却风量分布比散热器方案一的整体冷却风量分布较差;对应的冷凝器风量分布也较差.从表面风速来看,散热器方案二的表面风速分布比散热器方案一的表面风速分布略差,冷凝器表面风速分布基本相同;由进气格栅上㊁进气格栅下进入机舱的风量基本一致.总体来看,散热器方案一的风量和风速分布优于散热器方案二,建议采用散热器方案一搭载整车进行路试;若采用散热器方案二,建议结合结构布置及性能等方面考虑,改善散热器结构参数或在满足噪声指标下提升风扇转速来提升散热器风量,达到相应的冷却效果.本文研究结果可为整车用散热器的方案选型提供仿真数据支撑及理论参考.关键词:散热器;流场分析;数值模拟;S T A R-C C M+中图分类号:T K730.2 文献标志码:AN u m e r i c a l s i m u l a t i o na n a l y s i s o f r a d i a t o r f o r a l o ws p e e de l e c t r i c a l v e h i c l e b a s e do nS T A R-C C M+T A N L i-b i n,Y U A N Y u e-j i n*,X U Y i n g-y i n g,Z H A OZ h e(C o l l e g eo f M e c h a n i c a la n d E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,S h a a n x i U n i v e r s i t y o fS c i e n c e&T e c h n o l o g y,X i'a n710021,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s p a p e r,a r a d i a t o r f o r a l o w-s p e e d e l e c t r i c v e h i c l e i s t a k e na s t h e r e s e a r c ho b-j e c t.B a s e do n t h e c o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c sm e t h o d,S T A R-C C M+i s u s e d t o a n a l y z e t h ef l o wf i e l do f t h e t w o r a d i a t o r s,a n d t h e r e s u l t s o f t h e f l o wf i e l dd i s t r i b u t i o nu n d e r i d l e s p e e da n d t h em a x i m u ms p e e d(45k m/h)a r e a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h eo v e r a l l c o o l i n ga i r d i s t r ib u t i o n o f r a d i a t o r i n sc h e m e2i sw o r s e t h a n t h a t i n s c h e m e1,a nd t he c o o l i n g a i r d i s-t r i b u t i o no f c o r r e s p o n d i n g c o n d e n s e r i s a l s ow o r s e.I n t e r m s o f c e l l r e l a t i v e v e l o c i t y d i s t r i b u-t i o n,t h e c e l l r e l a t i v e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o no f r a d i a t o r i n s c h e m e I I i s s l i g h t l y w o r s e t h a n t h a t i n s c h e m e I,a n d t h e c e l l r e l a t i v e v e l o c i t y d i s t r i b u t i o no f c o n d e n s e r i s b a s i c a l l y t h e s a m e;t h eq u a n t i t y o f c o o l i n g a i r e n t e r i n g t h e e n g i n e r o o mf r o ma b o v e a n db e l o wt h e a i r i n l e t g r i l l e i s*收稿日期:2019-11-20基金项目:国家自然科学基金项目(51876109);国家十三五”重点研发计划项目子课题(2017Y F D0400902-01);陕西省国际科技合作计划重点项目(2020KW Z-015);陕西省高校青年创新团队项目(2019)作者简介:谭礼斌(1991-),男,重庆永川人,工程师,在读博士研究生,研究方向:热能工程及流体力学通讯作者:袁越锦(1975-),男,湖南汉寿人,教授,博士生导师,研究方向:热能利用与干燥技术,y y j y u a n1@163.c o m Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第38卷b a s i c a l l y t h e s a m e.G e n e r a l l y s p e a k i n g,t h ec o o l i n g a i rd i s t r i b u t i o na n dc e l l r e l a t i v ev e l o c i t yd i s t r i b u t i o no f r a d i a t o r i n s c he m e I a r e b e t t e r t h a n t h a t i n s c h e m e I I,s o i t i s s u g g e s t e d t ou s es c h e m e I t oc a r r y t h ew h o l ev e h i c l ef o rr o a dt e s t;i fs c h e m eI I i sa d o p t e d,c o n s i d e r i n g t h es t r u c t u r a l l a y o u t a n d p e r f o r m a n c e,i t i s s u g g e s t e d t o I m p r o v e t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f r a-d i a t o r o r i n c r e a s e t h e f a ns p e e dt o i m p r o v e t h ea i rv o l u m eo f r a d i a t o r t oa c h i e v e t h ec o r r e-s p o n d i n g c o o l i n g e f f e c t.T h e r e s e a r c hr e s u l t so f t h i s p a p e r c a n p r o v i d es i m u l a t i o nd a t as u p-p o r t a n d t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r t h e s c h e m e s e l e c t i o no f v e h i c l e r a d i a t o r.K e y w o r d s:r a d i a t o r;f l o wf i e l d a n a l y s i s;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;S T A R-C C M+0 引言散热器作为整车冷却系统中最重要的零部件之一,一般采用较复杂的几何结构来实现较好的散热性能,且整车用散热器工作性能的好坏直接影响到整车发动机的正常运行[1,2].随着计算机技术的迅速发展,基于虚拟仿真实验平台的产品设计与性能分析已逐渐成为工程机械行业的发展趋势[3-5].对于散热器模拟分析与试验评价的研究,科研工作者们采用流体分析软件F l u e n t和智能算法进行了深入的研究.如许晓文等[6]采用计算流体力学(C F D)方法对C207散热器内部速度场㊁压力场分布进行了数值模拟分析,为散热器的结构优化提供了参考;李夔宁等[7]研发了一种汽车散热器性能试验台,并与MA T L A B一维仿真结果进行对比分析,验证了试验台的测试精度;段德昊等[8]采用S T A R-C C M+流体仿真软件研究了散热器进出口布置方式对流阻特性的影响,为散热器进出口布置方式的选择提供了理论基础.基于C F D(C o m-p u t a t i o n a l F l u i dD y n a m i c s:计算流体动力学)技术的数值模拟方法对整车用散热器的流场特性进行数值模拟分析,可迅速获得相应的速度场㊁压力场等流场细节信息,快速预测产品在给定工况下的工作性能,为产品前期的设计与开发提供仿真数据支撑及理论指导,缩短产品开发周期.由此可见,C F D 仿真技术已是研究整车或整车附属部件散热性能的重要手段[9,10].目前常用的C F D分析求解软件有A N S Y SC F D (F l u e n t&C F X),S T A R-C C M+,N U M E C A,C O M-S O L M u l t i p h y s i c s,S o l i d w o r k s F l o w S i m u l a t i o n, F l o E F D,P h o e n i c s,S C/T e t r a,S i m e r i c s M P/M P+, T C F D,O p e n f o a m等.其中,A N S Y SC F D常用于化工㊁航天等军工领域,N u m e c a㊁S C/T e t r a㊁S i m e r i c s M P/M P+常用于旋转机械(齿轮泵㊁风扇㊁离心泵等)等运动部件的仿真,C o m s o lM u l t i p h y s i c s常用于电磁场㊁声学及多物理耦合场分析,F l o E F D和P h o e-n i c s常用于热流体仿真及芯片热设计分析等领域, S o l i d w o r k s F l o wS i m u l a t i o n也常用于阀门㊁换热器等小型部件的模拟[11-18].相对于其它流体分析软件, S T A R-C C M+具有非常高的集成度,是集成几何前处理㊁网格划分㊁计算求解及后处理等功能于一体的流体分析软件,且自带网格包面修复技术㊁多面体网格㊁切割体网格及边界层网格划分技术,可根据需要选择不同的网格类型生成高质量的网格.该分析软件已经在整车㊁发动机㊁旋转机械等领域得到了非常广泛的应用[19-26].本文以某低速电动车用散热器为研究对象,基于计算流体动力学方法,采用C F D仿真分析软件S T A R-C C M+11.06对搭载整车的两款散热器进行全三维流场计算,获取最高车速45k m/h和怠速工况两种运行工况下的风量分布及速度分布等流场信息,依据流场分析结果分析风量及速度分布的差异,为散热器方案的选型提供仿真数据支撑及理论基础.1 物理模型某低速电动车整车三维模型如图1所示.采用C A T I A2014软件按照1∶1等比例绘制.为整车用散热器选型提供理论指导,对该整车散热器两个方案进行流场对比分析,分析流场差异性.两个散热器方案(散热器方案一㊁散热器方案二)的三维模型如图2所示.两款散热器和风扇的主要区别为散热器进出水室㊁散热器过风面积㊁风扇罩㊁风扇(风扇旋向不同).散热器需搭载整车,构建整车流体计算域模型进行整车流场计算,由于整车子系统较多,零部件数上千个,模型几何非常复杂,在几何前处理阶段需要进行合理的简化处理,一般对流场计算结果影响不大的部件(如螺栓㊁卡箍㊁小尺寸的安装孔及不重要的线束等)做删除处理,几何简化及清理后导入S T A R-C C M+,采用相应的网格划分技术即可实现整车计算域网格的划分.㊃641㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第3期谭礼斌等:基于S T A R-C C M+的某低速电动车用散热器数值模拟分析图1 某低速电动车三维模型示意图(a)散热器方案一(b)散热器方案二图2 整车用散热器方案示意图利用S T A R -C C M+对整体计算域网格进行划分的过程为:几何清理后模型导入S T A R -C C M+后,首先采用包面技术(S u r f a c ew r a p p e r )和自动漏洞缝补技术(G a p h o l e c l o s u r e )进行整车流体域包面处理,包面网格完成后进行表面重构(S u r f a c eR e -m s h e r ),外部虚拟环境计算域㊁整车域㊁散热器与冷凝器网格尺寸逐次降低,虚拟环境域与整车域间采用三个长方体区域局部加密,使网格平滑过渡,重构后的网格表面比较光滑平顺,再利用m e s -h e r 功能进行面网格的划分.最后采用切割体网格(T r i mm e rm e s h )技术和边界层网格技术(P r i s m l a ye rm e s h )进行网格划分.切割体网格主要生成六面体网格单元,边界层网格模型在C A D 表面上产生棱柱层单元,以保持实体壁面区域的高质量离散化,切割体网格与边界层网格的结合运用在整车分析中运用广泛[21].图3为整车计算域网格模型示意图.浅灰色为虚拟计算域,计算域长为10倍车长㊁宽为7倍车宽㊁高为5倍车高,计算两款散热器的模型差异仅是散热器㊁风扇和风扇罩;浅红色为计算域进口,浅黄色为计算域出口,最高车速45k m /h 和怠速工况均为压力出口.整车机舱内部网格示意图如图4所示.以整车前端进风格栅风量为监测变量,对整车计算域网格数量无关性研究后得出在整车计算域网格数量达到3000万后,结果趋于稳定.本文整车计算域网格数量约为3150万.(a)整车计算域网格(b)截面网格示意图图3 整车计算域模型网格示意图图4 整车机舱网格示意图2 数学模型本文选用S T A R -C C M+11.06中R e a l i z a b l ek -ε湍流模型进行冷却水泵流场数值模拟研究[27].本文模拟不考虑温度,数值求解过程仅需要求解流体连续性方程和动量方程.S T A R -C C M+模拟分析就是求解相应的控制方程,计算完成即可获得相应的流场模拟信息.流体流动通用控制方程一般表示为[28]: ∂ρφ∂t+d i v (ρφ⭢u )=d i v (Γφ㊃g r a d φ+S φ)(1) 式(1)中:ρ为流体密度,k g /m 3;⭢u 为流体速度,m /s ;t 为时间,s ;Γ为广义扩散系数;S 为广义源项;φ为某个变量.当φ取不同变量时即可获得连续性方程㊁N -S 方程及能量方程.3 模型求解本文风扇的旋转采用M R F (M o v i n g Re f e r e n c e F r a m e:旋转坐标参考系)方法实现,叶轮旋转速度为㊃741㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第38卷2400r /m i n .计算域进口边界在最高车速45k m /h 时为速度进口,计算怠速工况时为停滞入口;计算域出口边界在最高车速45k m /h 和怠速工况均为压力出口边界.虚拟计算域外框壁面边界为滑移壁面边界,其余固体壁面为无滑移壁面边界,计算域壁面函数采用S T A R -C C M+推荐的T w o L a ye rA l lY+W a l l T r e a t m e n t 模型.流体介质为20℃的空气,密度为1.18k g/m 3.对于机舱内空气流动来说,可以将两款散热器空气流动侧等效为多孔介质模型且具有相同的惯性阻尼和粘性阻尼.因此,在S T A R -C C M+中将散热器和冷凝器处理为多孔介质区域;通过实验结果计算得到各多孔介质区域的阻力特性.散热器的阻力特性参数为惯性阻尼52.86k g/m 4,粘性阻尼649.68k g/m 3㊃s ;冷凝器的阻力特性参数为惯性阻尼40.93k g /m 4,粘性阻尼269.01k g/m 3㊃s .计算过程中需监测通过冷凝器多孔介质㊁散热器多孔介质㊁前端进气格栅的风量大小.四个进风量监测面(进气格栅上㊁进气格栅下㊁散热器㊁冷凝器)的示意图如图5所示.S T A R -C C M+流体计算软件计算运行时,通过自动耦合求解连续性方程㊁N -S 方程及k -毰两方程湍流模型方程等数学模型方程,迭代计算完成后即可获得各监测量的数值.图5 进风量监测面示意图4 数值模拟结果分析4.1 风量分布图6为各监测面进风量对比图.从图6可以得出:(1)在最高车速45k m /h 时,散热器方案二比方案一的风量小7.5%(散热器风量变化百分比=100*(散热器方案二中散热器监测面风量-散热器方案一中散热器监测面风量)/散热器方案一中散热器监测面风量,负值代表散热器方案二的风量比散热器方案一的风量小);怠速工况时,散热器方案二的进风量比散热器方案一的进风量小11.3%.故散热器方案二的冷却风量分布比散热器方案一较差.(2)在最高车速45k m /h 时,散热器方案二下对应的冷凝器风量比散热器方案一所对应的冷凝器风量小2.5%(冷凝器风量变化百分比=100*(散热器方案二中冷凝器监测面风量-散热器方案一中冷凝器监测面风量)/散热器方案一中冷凝器监测面风量,负值代表散热器方案二中冷凝器风量比散热器方案一中冷凝器风量小);怠速工况时,散热器方案二对应的冷凝器风量比散热器方案一对应的冷凝器风量小4.2%.故采用散热器方案二搭载整车运行的话,冷凝器风量冷却略差.(3)在最高车速及怠速工况下,由进气格栅上㊁进气格栅下进入机舱的风量值相差不大,表明两个散热器方案对前保进气基本无影响.图6 进风量监测面示意图4.2 速度分布图7~8分别为最高车速45k m /h 下散热器㊁冷凝器速度分布云图.45k m /h 工况时两个散热器方案的速度分布不存在明显的速度死区,散热器方案二的速度集中区域比散热器方案一的速度集中区域略多,速度均匀性较差;冷凝器截面的速度分布差异较小.(a)散热器方案一下散热器截面风速分布㊃841㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第3期谭礼斌等:基于S T A R-C C M+的某低速电动车用散热器数值模拟分析(b)散热器方案二下散热器截面风速分布图7 45k m /h散热器截面风速分布(a)散热器方案一下冷凝器截面风速分布(b)散热器方案二下冷凝器截面风速分布图8 45k m /h 冷凝器截面风速分布图9~10分别为怠速工况下散热器㊁冷凝器速度分布云图.怠速工况下两散热器方案的散热器速度分布与最高车速下的速度分布具有相同的分布规律,即不存在速度死区,散热器方案二的散热器速度集中区域较多,速度均匀性较差;怠速工况时冷凝器速度分布差异不大,在冷凝器上下边缘都存在小区域的零速度区.(a)散热器方案一下散热器截面风速分布(b)散热器方案二下散热器截面风速分布图9怠速工况散热器截面风速分布(a)散热器方案一下冷凝器截面风速分布㊃941㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第38卷(b)散热器方案二下冷凝器截面风速分布图10 怠速工况冷凝器截面风速分布图11~12分别为45k m /h ㊁怠速下发动机表面速度分布云图.从图中可以看出,两种工况下散热器方案一的发动机表面速度分布比散热器方案二的发动机表面速度分布略差,原因是风扇旋向的不同,促使散热器方案二中的风扇旋转运动的作用,更有利于将风导向发动机.整体上来看,两个散热器方案下发动机表面速度分布都比较均匀,高温区域(缸头及消声器)皆有较多的冷却风吹过,利于发动机本体的散热.(a)散热器方案一下发动机表面风速分布(b)散热器方案二下发动机表面风速分布图11 45k m /h发动机表面速度分布(a)散热器方案一下发动机表面风速分布(b)散热器方案二下发动机表面风速分布图12 怠速工况发动机表面速度分布为了验证本文构建模型的有效性及仿真结果的准确性,采用整车底盘台架实验室对散热器方案一进行怠速工况的实验测试.利用如图13所示的小型精密风速仪对散热器前风速进行取点监测,对散热器前端进行3×3矩阵的9个风速测量点,并与仿真计算结果作对比,得出图14的风速对比结果图.从图中可以看出,实验测量风速与仿真模拟风速值基本一致.散热器方案一的最高车速工况㊁散热器方案二的两个工况的仿真计算都与散热器方案一的怠速工况采用相同网格参数控制策略和计算求解方法,计算域基本一致,因此仿真计算结果应有与散热器方案一的怠速工况结果类似的计算精度.由此可以得出本文构建的计算模型是有效合理的.图13 小型精密风速仪及测量点㊃051㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第3期谭礼斌等:基于S T A R-C C M+的某低速电动车用散热器数值模拟分析图14 散热器方案一怠速工况实验与仿真对比图15为45k m/h下散热器方案一的整车流线速度图.由于未改动整车的任何外观部件,两个散热器方案下不同计算工况的整车外部流线分布趋势基本一致.图16~17分别为45k m/h㊁怠速下机舱内速度流线图,从流线细节可以看出,散热器方案二中风扇出风后的速度流线更多地流向了发动机,因此从发动机表面风速来看,散热器方案二下发动机表面风速分布略好.图15 整车流线分布(a)散热器方案一下发动机舱内速度流线分布(b)散热器方案二下发动机舱内速度流线分布图16 45k m/h机舱内速度流线(a)散热器方案一下发动机舱内速度流线分布(b)散热器方案二下发动机舱内速度流线分布图17 怠速工况机舱内速度流线5 结论本文采用C F D方法对某低速电动车用散热器进行了流场数值模拟分析,研究了两种散热器方案的流场结果差异,得出如下结论:(1)散热器方案二在最高车速45k m/h和怠速工况下的冷却风量都比散热器方案一的冷却风量低,分别低7.5%㊁11.3%,散热器方案二的风量分布较差;同理,在最高车速和怠速工况下,散热器方案二对应的冷凝器风量也比散热器方案一的风量分别低2.5%㊁4.2%,散热器方案二对应的冷凝器风量也略差;(2)最高车速及怠速工况下,两个散热方案中由进气格栅上㊁进气格栅下进入机舱的风量基本相同,前保进气基本无影响;散热器方案二的散热器风速分布比方案一风速分布略差,冷凝器风速分布基本一致;散热器方案二搭载整车后对应的发动机表面速度分布比散热器方案一对应的速度分布略好,原因是散热器方案二的风扇旋向(从车头往车尾为逆时针旋转)有利于将更多的冷却风导向发动机;(3)整体来看,散热器方案一的风量和风速分布优于散热器方案二,建议采用散热器方案一搭载整车进行路试;若采用散热器方案二,应根据整车结构布置和风扇性能等方面综合考虑,改善散热器结构参数或在满足噪声要求的情况下提升转速来㊃151㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.陕西科技大学学报第38卷提升散热器风量,达到相应的冷却效果.本文的研究结果可为整车用散热器的方案选型提供仿真数据支撑及理论参考.参考文献[1]彭玮,李国祥,闫伟.工程机械用散热器数值模拟中近壁处理方法影响分析[J].内燃机工程,2015,36(1):100-105.[2]密腾阁,王舫,龙云.车用散热器传热性能的数值模拟研究[J].汽车实用技术,2017(15):140-144. [3]唐爱坤,乔方方,王广基,等.基于F l o w m a s t e r的汽车散热器结构分析与正交优化[J].江苏大学学报(自然科学版),2017,38(5):529-535.[4]G eH W,N o r c o n k M,L e eS Y,e t a l.P I V m e a s u r e m e n ta n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o no f f a n-d r i v e n f l o wi nac o n s t a n tv o l u m e c o m b u s t i o nv e s s e l[J].A p p l i e dT h e r m a l E n g i n e e r-i n g,2014,64(1):19-31.[5]B h u i y a nA A,I s l a m A K MS.T h e r m a l a n dh y d r a u l i c p e r-f o r m a n c eo f f i n n e d-t u b eh e a te x c h a ng e r su n d e rd i f f e r e n tf l o wr a ng e s:Ar e v i e wo n m o d e l i n g a n de x p e r i m e n t[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo f H e a ta n d M a s sT r a n s f e r,2016,101:38-59.[6]许晓文,孙后环,华广胜.基于S T A R-C C M+汽车散热器的换热分析及结构优化[J].车辆与动力技术,2017(2):44-49.[7]李夔宁,周伟,郭春雷.汽车散热器性能试验与仿真研究[J].机械科学与技术,2014,33(7):1079-1082. [8]段德昊,熊飞,朱林培,等.散热器进出口布置对流阻影响的仿真分析[J].汽车实用技术,2019(12):113-114,117.[9]王俊昌,王飞.汽车高低温散热器连接方式对散热影响的研究[J].机械设计与制造,2019(3):212-216. [10]郭健忠,吴建立,殷良艳,等.C F D技术在机舱散热性能研究及优化中的应用[J].机械设计与制造,2017(7):265-268.[11]王军格.主流计算流体力学软件应用及对比分析[A].中国力学学会㊁浙江大学.中国力学大会论文集(C C T AM2019)[C].杭州:浙江大学出版社,2019:2723-2776.[12]侯荣国,王涛,吕哲,等.基于C o m s o l的磁场辅助磨料水射流流场分布数值模拟[J].航空制造技术,2019,62(18):43-49.[13]朱守刚.基于S C-T E T R A的混料机混合效果数值模拟对比研究[J].新世纪水泥导报,2017,23(4):5-9.[14]徐莲环,韩克俊,郭鹏鸿.基于S i m e r i c s的油浸式自冷并联电抗器及其冷却系统的温度场的三维数值模拟[J].变压器,2014,51(11):22-25.[15]李晓波.基于S o l i d w o r k sF l o wS i m u l a t i o n的微流阻微开启压力止回阀设计[J].科技通报,2017,33(5):98-101.[16]李健民,李长友,徐凤英,等.批式循环粮食干燥机换热器的三维流场模拟基于S o l i d w o r k s[J].农机化研究, 2013,35(1):18-21.[17]廖炫,郭震宁,潘诗发,等.L E D汽车前大灯散热器正交优化设计与分析[J].光子学报,2016,45(11):74-79.[18]段忠诚,方焕焕,李佳珺,等.室外风环境实测及P H O E-N I C S模拟对比分析研究以徐州高层小区为例[J].建筑技艺,2019(9):124-126.[19]F o n t a n e s i S,G i a c o p i n iM.M u l t i p h a s eC F D-C H To p t i m i-z a t i o no f t h e c o o l i n g j a c k e t a n dF E M a n a l y s i so f t h ee n-g i n e h e a d o f aV6d i e s e l e n g i n e[J].A p p l i e dT h e r m a l E n-g i n e e r i n g,2013,52(2):293-303.[20]R y n e l lA,C h e v a l i e rM,A b o m M,e t a l.An u m e r i c a l s t u d-y o fn o i s ec h a r a c t e r i s t i c so r i g i n a t i n g f r o m as h r o u d e d s u b s o n i ca u t o m o t i v ef a n[J].A p p l i e d A c o u s t i c s,2018, 140:110-121.[21]Z h a n g C,U d d i n M,R o b i n s o nC,e ta l.F u l l v e h i c l eC F Di n v e s t i g a t i o n s o n t h e i n f l u e n c e o f f r o n t-e n dc o n f i g u r a t i o n o nr a d i a t o r p e r f o r m a n c ea n dc o o l i n g d r a g[J].A p p l i e d T h e r m a l E n g i n e e r i n g,2018,130:1328-1340. [22]赖晨光,吕宝,陈祎,等.基于S T A R-C C M+的某水冷电机控制器热仿真及分析[J].重庆理工大学学报(自然科学版),2018,32(8):8-13.[23]刘双,武雨嫣,何广华,等.物体自由入水的多参数影响分析[J].哈尔滨工程大学学报,2020,41(1):95-102.[24]谭礼斌,袁越锦,刘小强,等.基于S T A R-C C M+的通机消声器护罩温度场数值模拟[J].陕西科技大学学报, 2019,37(2):134-142,149.[25]谭礼斌,袁越锦,王萍,等.摩托发动机冷却风扇流场的数值模拟[J].陕西科技大学学报,2019,37(5):136-145.[26]刘方圆,陈洪涛,谢普康,等.基于S T A R-C C M+的柴油机活塞振荡冷却仿真分析[J].拖拉机与农用运输车, 2017,44(1):27-30,37.[27]谭礼斌,袁越锦,黄灿,等.基于S T A R-C C M+的发电机组流场对比分析及结构优化[J].西华大学学报(自然科学版),2019,38(4):77-82.[28]张桃沙,苏小平,包圳,等.某发动机排气歧管热应力仿真与分析[J].机械设计与制造,2016(11):171-174.【责任编辑:蒋亚儒】㊃251㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.。

3DStudioMax制作简易电风扇

3DStudioMax制作简易电风扇3D Studio Max制作简易电风扇引言通过本教程的学习，掌握一整套初学者必须具备的基本技能。

侧重能力培养与良好操作习惯，如讲究精确、科学的思维习惯的养成。

涉及到物体复制、物体间对齐、物体轴心与重心调整、角度锁定、简单动画设置等内容。

特别适合3DS MAX初学者。

1）启动3DS MAX，进入主界面。

2）由于工作空间有限，建议工具条只保留主工具条（Main Toolbar）。

如果你还没有定制你的界面，下面提供使工作界面仅保留MAIN TOOLBAR的办法:A、选择Customize/Load Custom UI(用户自定义/读取用户自定义界面)B、可以看到有好几个UI文件。

选取DefaultUI（缺省默认用户界面）文件。

C、读取界面后部分所示工具条如下图：D、在Main Toolbar那几个字上点右键，弹出菜单如下图：E、选中弹出菜单中的Convert to T oolbar（转换成浮动工具条）。

F、这时主浮动工具条变成了一个带标题栏。

双点标题栏，工具条就会自动排到上面。

G、在菜单栏（就是File/Edit/..../Help等栏目)上点右键，看到一个弹出菜单，把Tab Panel上的勾号去掉。

3) 在命令面板中选择Create PanelL/Box（创建面板/方体）在顶视图(Top)中建立一个长为30、宽200，厚度为1的方体。

如图所示：3) 在命令面板中选择Create Panel/Cylinder（创建面板/圆柱）在顶视图(Top)中建立一个半径为45、高度为15，段数为1的圆柱体。

位置不限，等一会儿再通过对齐（Align）功能把它与风叶对齐。

如图：4）在主工具条上找到对齐（Align）图标，点击它使它处于被选中状态，也可以选菜单Tools里的Align。

如下图：5）现在我们选中了转子，转子是当前物体，在前视图点击风叶，弹出Align（对齐）功能对话框。

基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法的研究

基于STAR-CCM＋的旋风分离器数值模拟方法的研究满林香（北海职业学院，广西北海536000）【摘要】文章研究了基于STAR-CCM＋的旋风分离器数值模拟方法。

结果表明：软件的网格处理方式比较灵活，使用软件内部的三维建模和自动网格生成功能可以大幅度提高模拟计算的效率。

模拟计算旋风分离器的湍流模型适合采用雷诺应力模型（RSM），模拟计算旋风分离器的液滴轨迹可以采用离散颗粒模型（DPM）。

使用软件内部的标准模块功能和自定义函数功能可以比较方便实现压力分布、速度分量图、上下行气流分割面、液滴轨迹跟踪等内部流场处理。

【关键词】旋风分离器；数值模拟；STAR-CCM＋；上下行气流分割面【中图分类号】TQ051.8【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)06-0059-03 Study on Numerical Simulation Method of Cyclone SeparatorBased on STAR-CCM＋Abstract: Numerical simulation method of cyclone separator using STAR-CCM＋were studied. The results showed that the grid processing method of the software is flexible, and the efficiency of simulation calculation can be greatly improved by using the functions of three-dimensional modeling and automatic grid generation within the software. Reynolds stress model is suitable for simulating the turbulence of cyclone separator, and the discrete particle model is suitable for simulating the droplet trajectory of cyclone separator. Using standard module function and self-defined function in the software, it is more convenient to realize the internal flow field processing, such as pressure distribution, velocity component diagram, the division surface of upstream and downstream flow, droplet trajectory tracking and so on.Key words: cyclone separator; numerical simulation; STAR-CCM＋; division surface of upstream and downstream flow1 引言旋风分离器[1]是一种利用离心力把固体颗粒或液滴从气体中分离出来的无运动部件机械设备，具有结构简单、压降小、分离效率高等特点。

2024版STARCCM[1]

2024/1/27
14
Physical modeling technology
Comprehensive physics models
STARCCM+provides a comprehensive library of physics models, including fluid dynamics, heat transfer, chemical reactions, turnovers, and more, to accurately simulate a wide range of physical phenolmena
Supports parallel computing for high performance simulations
2024/1/27
10
Development history
01
Initial Development
STARCCM was initially developed in the early 2000s as a general purpose CFD software
2024/1/27
5
Reporting scope
• Scope of the report: This report focuses on the capabilities and applications of STARCCM, covering the fundamental principles of CFD, the software's key features and functionalities, as well as case studies demonstrating its use in different industries

STAR CD风扇子程序在汽车冷却系统设计上的应用

STARCD风扇子程序在汽车冷却系统设计上的应用1 引言随着顾客对高品质、高性能汽车的不断追求，国内各汽车厂商的发动机功率和性能不断提升，整车的热负荷也随之增加，对轿车尤其是紧凑型轿车的冷却性能的要求也越来越高。

冷却系统主要依靠冷空气通过散热器带走热量而实现冷却，然而由于发动机舱内空间狭小，布置紧凑，空气流通不畅，散热较为困难，冷却性能不良已经成为影响整车性能的重要问题之一。

在传统的汽车设计中，大多依靠试验的手段来验证解决冷却问题，这种方式不仅试验费用高昂、周期较长，而且设计更改困难。

对于需要多次试验进行优化设计时，由于样车等资源限制，试验实施起来是非常困难的。

随着CFD 技术的发展，CFD 在前期预测和优化设计方面发挥越来越重要的作用，其可以在较短的时间内完成多种方案的优化分析，已经成为现代汽车设计中的重要手段。

与试验相比，CFD 分析具有预先研究、不受条件限制、信息丰富、成本低和周期短等优点。

然而在设计的前期，冷却模块尤其是冷却风扇不一定都有具体的三维数模，这给前期冷却系统的匹配和冷却性能的预测带来了很大的困难。

此时，利用风扇子程序来替代实际数模进行模拟计算就显得十分必要了。

STAR-CD 风扇子程序对风扇数模的要求简单，只需要风扇域的基本尺寸以及风扇的P-Q 曲线即可。

本文即运用STAR-CD 软件及其风扇子程序对缺少风扇数模的前期整车设计模型进行模拟分析，分析结果能够帮助我们进行风扇选型以及优化前端冷却模块，提高整车冷却性能。

2 基本理论2.1 风扇子程序原理STAR-CD 风扇子程序使用Fortran 语言编写，其基本原理可以概括如下：首先给风扇域一个动力源项，也就是给定风扇一个初始速度（这个初始速度可根据风扇在舱内的运行环境，按照实际工程经验给出。

如果给定的初始速度越接近此模型的实际值，则越有利于计算收敛。

），然后根据速度计算风扇的前后压差（也就是压降），再将这个速度和压降与风扇P-Q 曲线对比，看这个点是否落在P-Q 曲线上。

Star CCM+ 风机模拟

Steady (MRF) Unsteady (RBM)
Static Pressure in Pa Exp. MRF RBM
18
Torque in Nm 0.100 0.101 0.099
Efficiency in % 44 48 46
115 126 118
Conclusions
Unstructured mesh configurations can be used effectively for simulating sirocco fans. The best results are achieved by using polyhedral cells. The best balance between the simulation time and accuracy is achieved by using Polyhedral cells as well. Trimmer (as a single mesher) is not suitable for sirocco fan simulation. SST k-ω turbulence model is the most suitable model for simulating sirocco fans. At intermediate and higher flow rates, steady-state MRF approach provides the same level of accuracy as unsteady RBM approach. At lower flow rates, flow becomes highly unsteady, and the flow condition is not suited to steady-state MRF approach.

starccm+噪声模拟功能

不考虑焓值变化（换热/燃烧）和粘性效果

仅适用于定常解析凡是可以得到湍流时间尺度和特征长度参数的湍流模型都支持

不支持Spalart-Allmaras模型
Lilley噪声源模型（cont.）

26
Lilley噪声源计算方法

RANS计算结束后，执行一步即可
Lilley噪声源模型（cont.）
開始
17
定常R A N S計算
広域帯騒音モデルを適用
騒音源の場所を特定
M esh Frequency C ut of f
メッシュ密度は十分か？
N メッシュをリファイン
Y
非定常（ LES/D ES ）計算
2重極音源を音響解析ツールへ輸出
or FW-H
音響解析を実施
終了
宽频噪声源模型

18
Method 4： FW-H远场噪声传播预测
Receiver位置 Receiver位置
16
直接解法所需网格精度
分离解法(FW-H)所需网格精度
分离解法(FW-H)使用的网格只需在噪声源附近加密即可，而直接解法因为要求解声音的传播，整个空间都需要很密，因此计算量显著增大．
STAR-CCM+噪声分析推荐流程

不支持Spalart-Allmaras模型
LEE（Linearized Euler Equation）噪声源模型（cont.）

32
LEE噪声源计算方法

RANS计算结束后，执行一步即可
LEE（Linearized Euler Equation）噪声源模型（cont.）
线性化欧拉方程方程：

STAR-CCM _风扇模拟

¾
¾
在树形模型窗口中，选择Fluid < Boundaries < Axis < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定Method其属性值为 ”Rotation Rate” 选择Axis < Pyhsics Values < Wall Rotation < Constant，将其属性值设置为2000rmp
1.2-5 边界条件(3)
z
MRF域中的Walls边界是不需要随计算域所旋转的，应将其设置为静止
¾
在树形模型窗口中，选择Rotating < Boundaries < Walls < Physics Conditions < Tangential Velocity Specification，在属性窗口中设定 Method其属性值为”None”； Reference Frame数值值设定为 “Absolute”
1.2-6 计算结果
2. 滑移网格(Rigid Body)
z z z z z
滑移网格(Rigid Body)是通过网格节点随时间真实运动来进行风扇的模拟需要真实的CAD模型瞬态计算旋转区域与固定区域之间通过interface连接旋转区域相对与固定区域网格在真实运动
2.1 滑移网格设置
1. 2. 3.
旋转参考坐标系(Moving Reference Frame) 滑移网格(Rigid Body) 风扇动量源模型(Fan Momentum Source)
模型对比
是否需要完整风扇CAD模型旋转参考坐标系是模拟方法：稳态/瞬态稳态适用情况

starccm编辑公式平面压力

starccm编辑公式平面压力星星集群计算机辅助工程师（Star-CCM+）是一种强大的计算流体力学（CFD）软件，可以用于模拟和分析各种流体流动问题。

其中之一是编辑公式平面压力。

本文将介绍如何使用Star-CCM+进行平面压力的编辑，并提供一些相关的应用案例。

让我们了解一下什么是平面压力。

在流体力学中，压力是指单位面积上垂直于该面积的力的作用。

平面压力是指在一个平面上的压力分布情况。

在工程中，了解平面上的压力分布对于设计和优化流体流动过程非常重要。

使用Star-CCM+编辑公式平面压力非常简单。

首先，打开Star-CCM+软件并创建一个新的模拟工程。

然后，选择适当的流体流动模型和边界条件，并进行必要的网格划分。

完成这些准备工作后，我们可以开始编辑平面压力公式。

在Star-CCM+中，编辑公式的方法非常直观和灵活。

我们可以使用软件提供的各种数学函数和运算符来定义公式。

例如，我们可以使用加法、减法、乘法和除法来组合各种变量和常数。

此外，Star-CCM+还支持各种常见的数学函数，如三角函数、指数函数和对数函数等。

在编辑平面压力公式时，我们可以使用各种流场变量和网格信息。

例如，我们可以使用速度、密度和粘度等变量来计算压力分布。

我们还可以使用网格信息来考虑边界条件和流动约束。

通过灵活地组合和利用这些变量和信息，我们可以准确地描述流体流动过程中的平面压力分布。

接下来，让我们看几个应用案例，以更好地理解如何使用Star-CCM+编辑公式平面压力。

案例1：风扇叶片压力分布在风扇设计中，了解叶片表面的压力分布对于提高效率和减少噪音非常重要。

使用Star-CCM+，我们可以创建一个模拟，模拟风扇叶片表面的压力分布。

通过编辑适当的公式，结合风速和叶片几何形状等变量，我们可以得到叶片表面的平面压力分布图。

案例2：车辆空气动力学压力分布在汽车设计中，了解车辆表面的压力分布对于改善空气动力学性能非常重要。

使用Star-CCM+，我们可以创建一个模拟，模拟车辆表面的压力分布。