基于STAR-CCM+机舱热管理分析
基于STAR-CCM+机舱热管理分析
• 建立网格，选择模型，设定仿真参数 仿真模拟 • 求解流场数据
• 冷却模块进风量 结果分析 • 散热器进水温度
• 根据散热器进水温度判定是否优化 改进建议 • 需要优化，主要提高进风量角度考虑
风量计算 目标 格栅进风量，散热器风速，中冷器风速，冷凝器风速 模型 几何模型：整车数据包含动力总成，底盘系统，车身外饰，电子电器，冷 却系统等。 物理模型：稳态，常密度，分离流，realizable k-epsilon 双方程 网格 体网格采用 trimmer 网格与边界层网格形式
全 MRF 域设置 稳态计算 风扇 MRF 域的选取对风量是有一定影响。 径向上，MRF 域应该选择远离速度梯度大的区域，比如有护风圈， MRF 域的半径大小应取到护风圈壁面上，并设置这一部分不动。 轴向上，由于前端迎风面距离限制，无特别要求；后端的话，MRF 出流面尽可能的长。 瞬态计算 采用 motion 进行计算
Surface-to-surface 辐射模型 Patch Angularity ：150 deg (默认) Patch/Face Proportion：10%，减少计算量，车身 Patch/Face Proportion：50%，排气管周围部件
View Factor Solver Number of Beams, 512 Maximum Reciprocity Iterations, 100 Reciprocity Tolerance, 0.0010 Maximum Polygons per Voxel, 100
全方位数字化智能制造系统服务商
工况 怠速，平直道路高速，低速爬坡，高速爬坡，其他
温度场计算 目标 散热器进水温度，各换热器风量，格栅进风量，关键部件温度 模型 几何模型：整车数据包含动力总成，底盘系统，车身外饰，电子电器，冷 却系统等 物理模型：稳态，理想气体，分离流温度，realizable k-epsilon 双方程， surface-to-surface 辐射模型 网格 体网格采用 trimmer 网格与边界层网格形式。 工况 怠速，平直道路高速，低速爬坡，高速爬坡，其他
4.发动机舱热管理及整车气动分析
CAD分类转换方法
几何文件分类方法：
1 发动机
这里列出的部件必 须分别导出STL文 件
空滤、进气歧管、增压器、缸盖、缸套、油底壳、排气歧管、 消音器、触媒转化器、其他
2
车身
结构件
进风格栅、引擎盖、发动机护板、其他表面
其他
车灯（只保留外表面）、其他
车轮（全部）
转向 变速箱
3 底盘
悬挂
刹车
这一级目录内至少 是一个集成的STL文 件，若能细分，更 能减少包面工作量
主流体区域设定
从计算的角度来看，主流体区域肯定只包含有一个Region。 当主流体区域包含的边界特别多时，可能很难一步就将下面的包面（ Surface Wrapper）步骤进行完毕，这时可以考虑将主流体区域所包含 的边界再进一步划分成数个区域，要确保这些分割的小区域之间互不干 涉，或仅有很少的干涉。单独对这些小区域进行包面操作，最后再将包 完面的拓扑封闭的小区域合并或通过布尔加运算，得到一个拓扑封闭的 主流体区域。
1.1 CAD数据准备(2)
对每个CAD数据文件进行分类 轿车通常为10~20个目录，50~100个文件
1-Exterior
Exterior_Surface.slt, Tire.stl
CAD
2-Grill
Grill.stl
3-Underbody
4-PowerTrain
Interior_Surface.stl, Underpanels.stl …… Exhaust.stl, Powertrain.stl
生成Condenser的Region
2.7 热交换器和风扇区域设定（3）
热交换器与风扇区域设定
01_18某轿车发动机舱局部热害仿真分析研究
某轿车发动机舱局部热害仿真分析研究梁长裘，朱贞英，朱凌，门永新（吉利汽车研究院有限公司，杭州萧山，311228）摘要：发动机舱内零部件的表面热负荷状况随着汽车行驶工况的改变而变化，尤其是在长时间高负荷行驶后停车，机舱内部分零部件温度将会出现明显上升，从而可能使零部件失效。
本文应用STAR-CCM+和RADTHERM软件，在工程设计阶段，对某匹配涡轮增压发动机的三厢轿车进行发动机舱流场、长瞬态温度场仿真分析，考察机舱内局部零部件在高负荷运行后停车状态的温度变化，并对可能失效的零部件进行了优化。
关键词：机舱流场温度场瞬态优化分析 STAR-CCM+0前言汽车发动机舱内零部件的表面热负荷状况随着汽车行驶工况的改变而变化，例如，城市工况遇到红绿灯时停车，高速路行驶进入服务区停车等，当汽车在进行了长时间高负荷行驶后突然停车，机舱内部分零部件温度将会出现明显上升，从而可能使部分零部件超过其本身的耐温要求。
对于部分机舱内热源（如排气管等）周边的零部件的布置、结构、热防护就显得尤为重要。
本文对某匹配涡轮增压发动机的三厢轿车进行了机舱流场和长瞬态的温度场耦合仿真分析，模拟了轿车在爬坡行驶后停车熄火工况下的机舱内的零部件温度变化，找到可能出现热风险的零部件，并对其优化，降低其热害风险。
1模型建立与数值计算1.1几何模型本文基于STAR-CCM+建立了机舱三维流场分析与温度场的有限元模型，主要包括机舱总成、白车身总成、动力总成、冷却系统、进排气系统等，对初始CAD数据进行包面处理重构面网格和生成体网格，如图1.1，同时建立了热辐射计算模型,如图1.2所示。
图1.1 某车型机舱流场分析模型图1.2 热辐射计算模型1.2数学模型基本理论流体流动受物理守恒定律支配，包括质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。
以下是这些守恒定律的描述：连续性方程：0=∂∂+∂∂+∂∂z u y u x u z y x （1）运动方程: ()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+∂∂-=∂∂i j j i eff j j j i j x u x u v x x p u u x , （2）能量输运方程: ()i u ji i j j i i j eff k j j j v k x u x u x u v x k x k u x 2,,σε-∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂Γ∂∂=∂∂ （3） 对机舱热流场分析，包含流动与传热问题，将流动视为不可压缩流动，采用模型求解，控制方程还包括k 方程和方程，采用散度符号表示为[1]： S tgrad div u div tu +Φ=Φ+∂Φ∂)()()（ρ （4） 其中，为k 和的扩散系数，为k 或。
基于CFD的汽车发动机舱热管理及优化
基于CFD的汽车发动机舱热管理及优化谢暴;陶其铭【摘要】为了研究汽车发动机舱热管理，设计出与整车开发流程相匹配的发动机舱热管理工作的模拟分析流程。
基于“计算流体力学”CFD软件中的STAR-CCM+，分析了某车型发动机舱的冷流场，提出其前端进气格栅的优化方案。
该优化方案使流经散热器与冷凝器的风量分别提升7.0%和9.6%。
获得了优化的发动机舱的温度分布云图及热平衡温度。
针对风险部件进行舱内热害仿真分析，得到目标监测点温度满足许用温度要求。
水温试验模拟仿真分析中的整车热平衡，仿真精度≥85%，舱内热害仿真精度≥95%。
结果表明：应用该流程具有较高的计算效率和可靠性。
%A simulation analysis process of nacel e thermal management was designed to investigate the thermal management in cabin of a developing automobile considering lfow match. An optimization scheme of the front air intake gril e was made by the nacel e cold lfow ifeld analysis to a model automobile based on the STAR-CCM+of the CFD (Computational Fluid Dynamics) software. The optimal scheme increased air volume by 7.0%for radiator and by 9.6%for condenser. The thermal equilibrium temperatures and the temperature distributions in the cloud for the optimal scheme were obtained to analyze the thermal pol ution in an automobile cabin. The target temperature for risk parts was obtained by cabin thermal damage simulation to monitor the satisfy requirement of al owable temperature. The thermal equilibrium simulation results for an automobile were veriifed by water experiments with an accuracy of 85%or higher. The cabin thermal damage has an accuracy of 95%or more.Therefore, the design process has a high computing efifciency and a high reliability.【期刊名称】《汽车安全与节能学报》【年(卷),期】2016(007)001【总页数】8页(P115-122)【关键词】汽车发动机舱;热害;热管理;CFD软件;冷流场;热平衡【作者】谢暴;陶其铭【作者单位】安徽职业技术学院机械工程系，合肥230011，中国;江淮汽车股份有限公司，合肥230022，中国【正文语种】中文【中图分类】TH123Dynamics); cold flow field; heat balance现代汽车采用的低车身、小型化的流线型设计趋向[1]，使得发动机舱内空间狭小、零部件安放位置紧凑；而增压+缸内喷、分层燃烧、双离合变速器(dual clutch transmission，DCT）等众多新技术在汽车上的应用，也使机舱内附件增多且产生较大的工作热量；从而易形成过热的发动机舱环境[2]。
基于某车型机舱热流场分析的空调系统优化
基于某车型机舱热流场分析的空调系统优化宋瀚;张亚国;汪沛伟;顿栋梁;程爽【摘要】为了解决某车型发动机机舱热流场布置导致的空调制冷性能差的问题,通过应用STAR-CCM+软件进行热流场CAE分析及整车发动机机舱热环境转毂试验,找出发动机机舱内气体流动和热量传递2个主要影响因素,并提出在发动机机舱增加上下导流板和隔热包裹的优化措施,最后通过转毂试验验证,优化措施有效地改善了空调性能,提高了整车舒适度,为后续车型发动机机舱热流场设计提供了重要的设计依据.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】3页(P22-24)【关键词】汽车发动机机舱;热流场;空调系统;舒适度;CAE仿真【作者】宋瀚;张亚国;汪沛伟;顿栋梁;程爽【作者单位】东风汽车公司技术中心;东风汽车公司技术中心;东风汽车公司技术中心;东风汽车公司技术中心;东风汽车公司技术中心【正文语种】中文随着汽车技术的不断发展，以及人们对汽车舒适性要求的不断提高，空调在整车上的配置越来越普遍。
空调系统是实现对驾驶室内空气进行制冷、加热、换气及空气净化的装置。
优秀的汽车空调系统是整车舒适性不可或缺的一部分，能为驾乘人员提供舒适的乘车环境以降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全，对整车的舒适性和经济性影响很大。
空调系统的性能主要受到循环机构的环境温度影响，因此空调系统的热环境研究是提升整车舒适性的重要课题，是整车设计的重要性能目标之一。
为解决某车型空调系统基于现有的布置未能很好地达到性能目标的问题，通过发动机机舱热流场分析，快速找到有效的优化方案，改善了空调性能，提升了整车舒适性和品质感[1]。
1 空调系统与发动机机舱热流场的影响解析1.1 空调系统环境影响因素压焓图描述了空调系统的运行状态，如图1所示。
图1中，1—2属于空调压缩机压缩做功的过程，此过程不断进行能量累积；2—5属于空调压缩机冷凝的过程，此过程空调系统对外散热；5—6属于制冷剂膨胀的过程；6—1属于制冷剂蒸发的过程，此过程空调系统制冷，发动机机舱对空调系统传导热量。
基于STAR-CCM+的电动车液冷动力电池包热管理仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.13.046基于STAR-CCM+的电动车液冷动力电池包热管理仿真分析王恒宇，罗棕贵，夏建新（摩登汽车有限公司，上海201100）摘要：为提高动力电池包的温度一致性，基于STAR-CCM+对其液冷板流场及电池包温度场进行计算流体力学仿真分析。
通过优化液冷板各汇流管管径，减小了各板间的流量偏差，使得最大流量偏差为9%。
进而分析电池包温度场，结果表明，模组间最大温差为2.2℃，优化汇流管管径可以有效提高电池包的温度一致性。
关键词：动力电池；液冷；热管理；温度场中图分类号：O646.21 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)13-147-03Simulation of Thermal Management of Liquid-cooled Power Battery Packfor Electric Vehicle Based on STAR-CCM+Wang Hengyu, Luo Zonggui, Xia Jianxin( Modern Automotive Co., Ltd., Shanghai 201100 )Abstract:In order to improve the temperature consistency of power battery packs, the computational fluid dynamics simulation analysis of the liquid-cooled plate flow field and the battery pack temperature field were performed based on STAR-CCM+. By optimizing the diameter of each manifold of the liquid cooling plate, the flow deviation between the plates is reduced, so that the maximum flow deviation is 9%. Furthermore, the temperature field of the battery pack is analyzed. The results show that the maximum temperature difference between the modules is 2.2°C. Optimizing the diameter of the manifold can effectively improve the temperature consistency of the battery pack.Keywords: Power battery; Liquid cooling; Thermal management; Temperature fieldCLC NO.: O646.21 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)13-147-03前言我国目前新能源汽车保有量为350万辆，在未来十到二十年将逐步禁售燃油车，新能源汽车技术的研究与升级显得尤为重要。
基于starccm的电池热管理仿真案例文件
让我们简单回顾一下什么是基于starccm的电池热管理仿真案例文件。
在电动汽车和可再生能源等新兴行业中，电池热管理变得越来越重要。
电池的温度控制不仅关乎电池的寿命和性能，还直接影响到整个系统的安全性和稳定性。
针对电池热管理的仿真分析成为了一种十分重要的手段，而starccm作为流体力学和多物理场仿真的领先软件，自然成为了研究电池热管理的理想选择之一。
接下来，我们将从多个方面来深入探讨基于starccm的电池热管理仿真案例文件，以期为您带来更全面的了解和深入的认识。
1. 什么是starccm？starccm是由CD-adapco公司开发的一种全球领先的多物理场仿真软件，主要用于流体力学、传热、传质和化学反应等领域的仿真分析。
其强大的求解器和先进的网格技术使其在电池热管理仿真中有着得天独厚的优势。
2. 为什么选择基于starccm进行电池热管理仿真？starccm拥有高度自动化的网格生成工具，能够快速准确地生成复杂电池结构的网格模型；starccm内置了丰富的物理模型和边界条件，能够全面准确地描述电池内部的复杂物理过程；starccm还提供了强大的后处理功能，可以直观地展现仿真结果，并进行全面深入的分析。
3. 基于starccm的电池热管理仿真案例文件具体包含哪些内容？在进行基于starccm的电池热管理仿真时，一般需要包含以下内容：电池的几何模型、网格生成、边界条件设定、物理模型选择、求解器设置、仿真计算、结果后处理等多个步骤。
通过这些步骤，我们可以全面深入地了解电池内部的温度分布、热量产生和散发规律，帮助我们更好地进行电池热管理系统的设计和优化。
4. 个人观点和理解在我看来，基于starccm的电池热管理仿真是一种高效、精确的仿真手段，能够帮助研究人员和工程师更好地理解电池内部的物理过程，为电池热管理系统的设计和优化提供有力的支持。
通过深入学习和应用starccm软件，我相信我们可以在电池热管理领域取得更大的成就。
star_ccm发动机舱热管理计算设置_概述说明
star ccm发动机舱热管理计算设置概述说明1. 引言1.1 概述在现代航空领域中，发动机舱热管理对于飞机的安全性和性能至关重要。
通过科学合理地设置热管理计算参数，可以有效控制发动机舱温度，提高发动机的工作效率和寿命，并最大程度地减少风险因素。
Star CCM是一种广泛应用于流体力学仿真的软件工具，该工具可用于模拟并优化各种复杂系统，包括飞机发动机舱的热管理。
1.2 文章结构本文将首先介绍Star CCM这一流体力学仿真软件工具的基本概念和原理（第2节）。
接下来，我们将详细讨论发动机舱热管理计算设置中的关键要点（第3节）。
最后，在结论部分（第4节），我们将总结主要观点，并探讨发动机舱热管理计算设置所带来的意义和影响。
1.3 目的本文的目的是向读者介绍如何使用Star CCM软件进行发动机舱热管理计算设置。
通过了解此过程中需要注意和考虑的关键要点，读者将能够掌握如何在实际应用中进行热管理计算设置，并明白这一过程对于提高发动机效率和延长发动机寿命的重要性。
同时，本文还将探讨热管理计算设置的意义和影响，以便读者能够更好地理解其在航空领域中的应用前景。
2. 正文：2.1 Star CCM介绍Star CCM是一款基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的软件，可用于模拟和分析各种流体动力学问题。
它提供了强大的求解器和可视化工具，能够准确地解决复杂的流动、传热和传质现象。
2.2 发动机舱热管理计算设置概述发动机舱热管理计算设置是指在使用Star CCM进行发动机舱热管理计算时所需的初始条件、边界条件和参数设置。
通过合理设置这些参数，可以准确地模拟发动机舱内的温度场分布以及热量传递情况，为航空发动机的设计和优化提供依据。
2.3 热管理要点1在发动机舱热管理计算中，首先需要确定发动机表面温度分布。
这可以通过实测数据或者其他已知条件来得到。
对于未知区域，则需要根据经验或者推测进行估计。
汽车发动机舱热管理研究与优化
某车型发动机舱热管理研究与优化摘要：本文研究了某车型发动机舱流场对热敏零部件的影响，通过整车热平衡试验验证热敏零部件的性能，应用商用软件STAR CCM+软件模拟整车的流场，并针对试验中存在风险的零部件进行优化。
分析结果表明：发动机悬置处的温度最高可达到102℃，超过材料的耐热极限，由于发动机下护板阻隔了底盘底部气流，导致排气系统表面流过的气流较少。
通过对发动机舱下护板的优化，有效的提高零部件表面风速，降低了热敏零部件的风险，使其满足设计要求。
关键词： 热平衡试验；热敏零部件；发动机下护板；整车外流场Research and Optimization on Thermal Management of a New Vehicle Model Engine CompartmentAbstract：The influence of underhood flow field on thermo-sensitive parts are researched, verify the performance of thermo-sensitive parts by thermal balance test, simulate the whole vehicle flow field by the software STAR CCM+ and optimize the parts which have risk The analysis shows that, the highest temperature of engine mounting can reach 102 ℃ that has exceeds the temperature limit. As the underhood plate keep the airflow from the bottom of the chassis, which leading to less air flow on the surface of the exhaust system. Effectively improve the surface wind speed on parts by optimizing the underhood plate, reduce the risk of Thermo-sensitive parts, and satisfy the design requirements.Key words: Thermal balance test, Thermo-sensitive parts, Underhood plate, External flow field前言车辆在行驶时，发动机工作产生大量的热量，尤其是在爬坡这样的恶劣工况下，如果热量不能够及时排出，会严重影响汽车的性能[1]。
基于starccm的电池热管理仿真案例文件
电池热管理仿真在现代工程实践中扮演着越来越重要的角色。
特别是随着电动汽车和可再生能源技术的快速发展，对电池系统的热管理问题变得尤为关键。
本文将以基于starccm的电池热管理仿真案例文件为主题，深入探讨电池热管理仿真的重要性、挑战以及解决方案。
1. 电池热管理的重要性电池是电动汽车和可再生能源系统的核心部件，而其温度的控制则直接关系到电池的性能、寿命和安全。
过高或过低的温度都会对电池的性能和寿命造成损害，甚至引发安全事故。
电池热管理在整个电池系统设计中具有非常重要的地位。
2. starccm软件在电池热管理仿真中的应用starccm是一款领先的多物理场仿真软件，其在电池热管理仿真中具有独特的优势。
通过建立准确的电池模型，结合热传导、流体流动和化学反应等多物理场耦合，可以对电池系统在不同工况下的温度分布进行精确模拟和预测。
3. 电池热管理仿真的挑战电池热管理仿真面临着诸多挑战，例如电池模型的建立、多物理场耦合的求解、边界条件的准确描述等。
特别是在电动汽车等高功率、高能量密度的应用场景下，对电池热管理仿真的精度和效率提出了更高的要求。
4. 解决方案针对电池热管理仿真的挑战，我们可以采用高精度的电池模型，结合实验数据进行参数校准；通过优化仿真算法和并行计算技术，提高仿真的效率；合理选择和描述边界条件，也是保障仿真精度的关键。
5. 个人观点与理解在我看来，电池热管理仿真不仅仅是一种技术手段，更是一种重要的决策工具。
通过仿真分析，我们可以深入理解电池系统在不同工况下的热行为，从而指导电池系统的设计和控制策略。
我认为starccm作为一款强大的多物理场仿真软件，对于电池热管理仿真具有巨大的潜力和发展空间。
总结回顾：在本文中，我们以基于starccm的电池热管理仿真为主题，深入探讨了电池热管理的重要性、starccm软件在仿真中的应用、面临的挑战以及解决方案。
通过本文的阐述，相信读者能够对电池热管理仿真有更深入、全面的了解，并能在实际工程项目中加以应用。
基于STAR-CCM++的轿车乘员舱舒适性分析(2011)
基于S T A R-C C M+的某轿车乘员舱热舒适性仿真分析 A S i m u l a t i o n S t u d y o f P a s s e n g e r T h e r m a l c o m f o r ti n a c a r B a s e d o n S T A R-C C M+许志宝陶其铭（江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥，230601）摘 要:本文应用计算流体力学软件S T A R-C C M+对某轿车乘员舱的热舒适性进行分析，简述了P M V-P P D汽车热舒适性评价指标，并采用该评价指标对轿车乘员舱的热舒适性进行了评价，结果表明,该轿车乘员舱内大多数乘客处于舒适状态，只有副驾驶员处于微热状态。
关键词:S T A R-C C M+、热舒适性、P M V-P P D、乘员舱A b s t r a c t：I n t h i s p a p e r,P a s s e n g e r t h e r m a l c o m f o r t o f a c a r w a s a n a l y z e d b y u s i n g S T A R-C C M+s o f t w a r e.D i s s c u s e d t h e P M V-P P D i n d e x a p p r a i s a l t a r g e t t h e r m a l c o m f o r t a n d A p p r a i s e d t h e p a s s e n g e r t h e r m a l c o m f o r t o f t h i s c a r u s i n g P M V-P P D i n d e x.T h e s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t M o s t p a s s e n g e r s f e e l c o m f o r t a b l e w h i l e t h e c o p i l o t f e e l s s l i g h t l y w a r m.K e y w o r d s:S T A R-C C M+、T h e r m a l C o m f o r t、P M V-P P D、C a b i n1前言随着汽车工业的发展，乘员舱的热舒适性越来越被人们所重视。
基于STAR-CCM+的轿车发动机舱热管理仿真分析与研究
基于STAR-CCM+的轿车发动机舱热管理仿真分析与研究谢暴;许述财;陶其铭【摘要】Numerical research was conducted on the thermal field of a certain model vehicle's engine compart⁃ment using STAR-CCM+ software. Optimization was performed on potential overheated areas. Finally, thetest re⁃sults were compared with the simulation results, which have shown the promise of that approach and provided technique support to the vehicle thermal field development.%在车辆开发过程中，应用STAR-CCM+软件对某款车型的发动机舱进行热管理仿真分析，获得发动机舱的流场及温度场分布，并对机舱内存在的过热风险区域进行优化。
通过试验结果与仿真结果的对比，验证了该方法的可行性，为发动机舱性能开发及结构优化提供了技术支持。
【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2016(030)004【总页数】5页(P38-41,50)【关键词】CFD;发动机舱;温度场;数值模拟【作者】谢暴;许述财;陶其铭【作者单位】安徽职业技术学院机械工程系，安徽合肥 230011;清华大学汽车工程系，北京 100084;江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TH123汽车工业的发展推动着人们对汽车安全性能、动力性能及舒适性能的要求不断提高［1］，造成发动机舱内热流密度明显增大，而现代汽车采用的低车身、小型化的设计趋向使得发动机舱内的散热情况更加严峻［2］.发动机舱内产生的这些热量若无法及时、有效的耗散，会引起舱内局部过热，使温度敏感部件（如舱内线束、橡胶件、电子设备等）无法正常工作或损坏，同时日益严格的排放标准也对冷却系统提出了新的要求.因此采用先进的发动机舱热管理仿真分析手段和方法，对汽车热管理系统进行深入研究具有十分重要的意义［3］.汽车发动机舱热管理仿真是针对发动机舱内部的散热情况进行模拟分析，涉及到发动机舱内关键部件保护，以确保在不同的状态下发动机舱内的各部件都能够正常运行，并通过系统性地优化提高各部件的性能、降低试验开发成本，是整车开发中十分重要的环节.本文运用CFD方法，对某款车型进行发动机舱热管理仿真分析，得到前舱流场和重要热敏感部件壁面温度场分布，并通过优化使其满足设计要求，结合热环境舱试验验证，为汽车发动机舱性能开发及结构优化提供了技术支持.1.1 几何模型发动机舱热管理三维仿真分析模型如图1所示，主要包括：机舱内所有部件、白车身及外部覆盖件、排气系统等.对初始CAD数据进行包面，最终生成体网格，网格类型为Trim网格，总数为1122万，其结果如图2示.1.2 数学模型1.2.1 基本控制方程汽车发动机舱内流场一般视为定常、三维不可压缩流场，因此可假设其流动过程为稳态湍流［4］.将流体视为由连续分布的无数流体微团构成，其满足连续性方程、N-S方程及能量守恒方程［5］：式中ρ为流体密度，V为速度向量，∇为哈密顿算子，式中P为作用在流体微团表面的压力；fx，fy，fz为作用x，y，z 3个方向上的体积力；τxx，τyy，τzz为流体微团之间相互作用的正应力；τyx，τzx，τx y，τzy，τxz，τyz为流体微团之间相互作用的剪切应力.将以上方程在流体计算域所划分的网格上进行数值离散，得到一组差分方程组，根据已知的边界条件，求解该方程组即可得到各网格节点上物理量，从而得到整个流场［6］.若要计算温度场，则增加能量方程即可.1.2.2 湍流模型标准κ-ε方程湍流模型是目前汽车绕流计算中应用最普遍的湍流模型［7］，即分别引入湍流动能κ及耗散率ε的方程.κ方程为：式中：；Gb表示由于浮力影响引起的湍流动能的κ产生项；黏性系数湍动能κ的Prandlt数σk=1.0；耗散率ε的Prandlt数σε=1.3；经验常数Cμ=0.09，C1ε=1.44，C2ε=1.92［8］.由于标准κ-ε湍流模型只适合模拟完全湍流的流动过程，而汽车绕流计算为含壁面约束的湍流流动，所以需采用壁面函数法对壁面附近的区域进行处理［9］.采用稳态过程计算，在计算过程中同时考虑对流和辐射两种传热方式，辐射计算采用S2S 辐射传热模型.1.3 边界定义计算域进口根据试验工况设定速度入口为80 km/h，温度为40℃.采用多孔介质模型来模拟冷凝器和散热器的阻力特性，通过试验数据分别拟合冷凝器和散热器芯体的惯性阻尼系数及两者的黏性阻尼系数，见表1.发动机舱内部高温热源对周边零部件产生热辐射影响，因此需将高温部件作为边界条件，其试验测试结果见表2.风扇采用MRF隐式算法.舱内主要热源表面由试验测量结果给定温度边界，其他部件表面给定绝热边界及材料辐射系数以求解其表面温度分布.2.1 流场及温度场分析典型截面速度分布见图3，从图中可以看出，冷却气流从进气格栅进入发动机舱后，一部分气流从冷却模块四周泄露，直接流向发动机舱，没有起到有效的冷却作用，需要增加导流板.图4为典型截面温度场分布，从图中可以看出，在发动机排气歧管及催化器处存在高温区域，可能会使该区域附近的电器零部件或温度敏感部件不能有效工作.2.2 发动机舱优化经过对发动机舱流场和温度场分析，发现散热器等周围存在泄漏现象，针对散热器处冷却气流的泄漏情况，考虑在散热器周边增加挡风罩，如图5.将优化方案和原分析结果进行对比（图6），可以看出，增加挡风罩后，有效解决了漏风问题，与原始状态相比，散热器和冷凝器风量明显提高，表3所示为优化前后通过冷凝器、散热器及中冷器风量变化对比.从表3可以看出，优化前后，冷凝器、散热器及中冷器风量分别提高了4.48%、37.31%和25.55%.同时，进行发动机舱温度场分析对比，优化后机舱高温区温度整体降低，优化前后考查项及温度敏感部件温度对比如图7所示.从图7可以看出，除风扇后及转向轴壳体外，其余温度敏感部件的温度均有不同程度的下降，发动机出水温度由原来的111.6℃下降为103.9℃，下降明显，说明优化方案合理可行.通过试验验证优化方案在实车中的效果，散热元件增加挡风装置后在环境仓对该车进行整车热平衡及热害试验，总计布置温度传感器147个，电流电压检测器8个，ECU检测信号62个，如图8所示.布置完测点后，风洞升温至40℃，风速达到80 km/h，并施加8%的坡度后开始测试.所测各点的温度基本稳定后，以20s的时间间隔记录各点的温度，多次测试取其平均值，仿真分析结果与试验结果的对比如图9所示.通过图9中的对比可以看出，目前的仿真结果与试验结果存在一定的误差，但差值均在10%以内，可以满足工程的需要.在某轿车开发过程中，使用CFD技术进行发动机舱流场、温度场分析，针对冷却模块处的泄漏情况及发动机舱散热风险提出改进方案，并进行了分析验证.最终通过与试验结果的对比，验证了此方法合理可行，能满足工程需要.在整车开发阶段，可对汽车发动机舱性能开发提供有力的技术支持.【相关文献】［1］袁侠义，谷正气，杨易，等.汽车发动机舱散热的数值仿真分析［J］.汽车工程，2009，31（9）：843-844.［2］张宝亮.汽车发动机舱热管理技术的研究［D］.上海：上海交通大学，2011.［3］于莹潇，袁兆成，田佳林，等.现代汽车热管理系统研究进展［J］.汽车技术，2009，8：1-2. ［4］王宪成，索文超，张更云，等.电传动装甲车动力舱内空气流场数值模拟及结构改进分析［J］.兵工学报，2007，6：745.［5］陶文铨，数值传热学［M］.西安：西北工业大学出版社，2006：1-6.［6］曹国强，王良模，邹小俊，等.卡车发动机舱流场分析与散热性能研究［J］.机械设计与制造，2013，8：100-101.［7］周宇，钱炜祺，邓有奇，等.K-WSST两方程湍流模型中参数影响的初步分析［J］.空气动力学报，2010，28（2）：213-214.［8］付立敏.汽车设计与空气动力学［M］.北京：机械工业出版社，2010：109-121.［9］潘小卫.赛车CFD仿真及风洞试验研究［D］.长沙：湖南大学，2009.。
某车型机舱热管理仿真分析及优化
某车型机舱热管理仿真分析及优化肖能;王小碧;史建鹏【摘要】本文采用CFD仿真分析方法对汽车发动机舱内流场和温场进行仿真分析，考虑热对流与热辐射的影响，并与试验结果进行对比，误差控制在10%以内，满足发动机舱热管理工程设计的需求；并在此基础上提出冷却模块中置与偏置两种改进方案，通过对比选出效果较好的偏置方案进行下一轮优化仿真分析；在第二轮偏置方案的基础上进行优化改进后，机舱内部流场得到改善，各零部件温度达到了设计目标的要求。
%This paper analyses the flow field and temperature field in a vehicle underhood based on CFD method, condersing the effect of convection and radiation, then compares the results with the experiment and the error is less than 10%which is suitable for the engineering design requirements of underhood thermal management; based on this, two improved schemes of the mid and bias cooling module are put forward, then contrasted and chosen the better bias scheme for the next simulation analysis; after optimization based on the bias scheme in the second round, the flow field in the underhood is improved and the component temperature meets the design requirements.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P56-61)【关键词】热管理;CFD;发动机舱;优化【作者】肖能;王小碧;史建鹏【作者单位】东风汽车公司技术中心，武汉 430070;东风汽车公司技术中心，武汉 430070;东风汽车公司技术中心，武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】U462随着汽车工业技术水平的发展，现代汽车机舱内部结构布局越来越紧凑，从而对发动机舱的散热性能提出了更高的要求。
轿车发动机舱热管理仿真
轿车发动机舱热管理仿真The Simulation of vehicle Underhood ThermalManagement付杰罗标能（奇瑞汽车股份有限公司汽车工程研究院CAE部）摘要：本文运用STAR-CD软件对一款轿车发动机舱内温度场进行数值分析，根据分析结果找到解决问题的主要方向，从几种改进方案中优选出效果好的方案，结合实际情况制定了试验方案，最后的试验方案效果良好，满足了温度场试验标准的要求。
关键词：热管理, 热源, 热保护Abstract: Numerical simulation of underhood thermal management is conducted by using STAR-CD code。
Simulation helps engineers find the major improvement methods, and is very helpful to choose the most efficient method. The final according CFD to analysis can fulfill the test criteria.Key words: thermal management, heat source, heat shield1 前言在紧凑型轿车上，发动机一般位于散热器后一个半封闭的舱内，由于散热器、发动机本身和排气歧管等多个高热源布置在一个狭小的空间内，散热比较困难，较高的温度会影响热源附近的温度敏感部件（如舱内线束、橡胶件、电子设备等）的性能，温度过高时甚至会损坏这些部件。
而且随着发动机的功率加大，排放要求的升高，发动机舱内部件变得越来越模块化，布置也越来越紧凑，为了美观需要，很多装饰盖板放在舱内，这都给发动机舱内热管理带来更大的挑战。
单纯靠试验来解决发动机舱内热管理问题，难度比较大，费用高，周期长。
运用CFD 仿真和试验相结合得到的信息多，分析问题准确有效，时间短，费用比较低。
基于STARCCM+的某型柴油机缸盖水套优化分析
1介绍本柴油机缸盖水套底面部分区域冷却液的流速较低，针对此问题对缸盖进行改进，本文对原模型及改进后的缸盖模型按进行仿真分析，通过CFD 计算，得到水套整个流场的分布（包括速度、压力等），并把改进模型的CFD 分析结果与原模型的分析结果进行对比。
2模型建立建立原模型及改进后水套冷却液流域的CAD （Pro/E ）模型，并在STAR-CCM+中采用六面体网格对模型进行网格划分，网格基本尺寸为1mm ，在油嘴处细化为0.5mm ，柴油机缸盖水套生成的网格总数大约160万。
随后对两模型定义边界条件和流体模型。
在生成的网格上定义入口、出口、壁面。
入口处根据水泵流量输入标定点质量流量为0.7kg/s ，计算流体为水，入口处流体温度为353K ；为得到换热系数，假定缸盖壁面温度为393K ；出口处边界条件为：压力出口。
采用稳态的k-ε模型，壁面采用标准壁面函数处理，计算次数设定为2000次。
（a ）原机型缸盖水套（b ）改进机型缸盖水套图1缸盖水套几何模型3模型计算结果分析对计算结果进行分析主要从压力、流速、换热系数几个方面考虑，对排气门和油嘴附近热负荷较大的区域也要重点分析。
图2为两个机型缸盖水套总压结果分布图，可以看出两个机型总压分布基本相似，都是下方入水侧压力较大，上方出水侧压力较小；观察标注区域，发现改进后机型的压力梯度明显减小，同时改进后的缸盖水套模型在喷油器附近的压力梯度也较原模型的小。
对于原机型的缸盖水套进出口的压差为5.27e+03Pa ，而改进机型缸盖水套进出口的压差为5.48e+03Pa 。
图3为两个机型缸盖水套流速结果分布图，默认的流速分布区间为计算区域的最大及最小值，默认得到的改进后的柴油机最大流速为3.1474m/s ，原机型的最大流速为3.6171m/s ，为了更好地对两种机型进行对比，把改进后的流速分布最大值改为3.6171m/s 与原机型一致。
通过对上述两机型的对比分析发现，改进机型的缸盖水套冷却液的平均流速为0.529m/s ，而原机型的缸盖水套冷却液的平均流速为0.467m/s ，同时观察标注区域，发现原机的低流速区域在改进机型中得到了改善。
机舱热管理教程(ccm+)
风扇部分的表面处理
风扇区域的处理方法： 新建一个Star-ccm+的simulation，导入风扇几何文件4-Fan.stl 打开网格线，检查发现风扇叶片网格不连续，本例中仍然以wrap方式进行修理 Wrap完毕后，创建包围风扇的圆柱形mrf面，然后进行Remesh 最后将风扇部分的表面导出为.dbs文件，打开车体的sim文件，将风扇部分导入
Relative Minimum Size 25% 25% 3% 25% 20% 1% 8% 8%
Relative Target Size 60% 60% 5% 60% 30% 3% 12% 12%
选择External的方式，开始进行wrap
wrap完成之后，wrap会生成特征线，对特征线进行修理 修特征线越仔细，下一步remesh之后的网格质量越高，当然修特征线需要较多的工作量
汽车上部的外壳
汽车中部的壳，包围轮胎的部分与轮胎需设定防接触 格栅与格栅外围，需设定小尺度与中间过渡尺度
汽车底盘，已具有一定厚度，否则需做成一定厚度，保证wrap可实行 汽车轮胎，需设定与外壳的防接触
汽车发动机外轮廓，构成汽车发动机舱内空间的外壁面， 需设定与汽车外壳、底盘的防接触
汽车排气管外轮廓，构成汽车发动机舱内空间的外壁面， 需设定与汽车外壳、底盘的防接触
将Block表面创建于main Region 选择One Boundary Per Face 方式 Create
选中地面，重命名为Block - ground 由于地面上移2cm，所以轮胎与地面相交 选中4_wheel与Block – ground，进行Merge – Intersect操作
STAR-CCM+发动机 舱热管理解析教程
汽车发动机冷却风扇对机舱热管理影响的研究
汽车发动机冷却风扇对机舱热管理影响的研究李飞;施鹏飞;于剑泽【摘要】文章应用CFD软件STAR CCM+及AMEsim研究了汽车发动机冷却风扇对机舱热管理的影响,在建立三维整车热管理系统数值模型的同时,建立了发动机冷却系统一维仿真模型.得到了车辆在不同转速和车速下散热器和冷凝器的进风量,分析了不同车速下,发动机冷却风扇转速与冷却模块进风量之间的关系,以及散热器进风量对发动机冷却液水温的影响.结果表明:随着车速的提高,风扇转速对散热器进气量的影响逐渐降低.当车速小于60km/h时,风扇转速对散热器进气量的增加有明显的作用;结合车辆开发性能要求,通过一维、三维联合仿真确定了该车辆发动机冷却风扇的合理转速,并且验证了所选风扇转速的合理性和可靠性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)014【总页数】4页(P95-98)【关键词】热管理;冷却风扇;冷却系统;风扇转速【作者】李飞;施鹏飞;于剑泽【作者单位】华晨汽车工程研究院,辽宁沈阳110141;华晨汽车工程研究院,辽宁沈阳110141;华晨汽车工程研究院,辽宁沈阳110141【正文语种】中文【中图分类】U467汽车发动机冷却系统的开发设计是整车热管理工作中的重要内容。
发动机冷却液维持一个合理、稳定的温度范围内，对提高整车的能量利用率和燃油经济性起到关键性的作用。
冷却风扇作为发动机冷却系统的重要组成部分，其设计的合理性直接影响到整个冷却系统的性能。
对于发动机舱热管理技术及发动机的冷却性能国内外的学者们已有过深入的研究。
运用一维、三维耦合的方法分析发动机舱热管理及发动机冷却系统的问题逐渐成为研究的主要技术手段。
湖南大学谷正气等运用一维、三维联合仿真工具分析并优化了某款新轿车的冷却性能，结果证明了这种联合仿真在热管理分析中的优势[1]。
上海交通大学张宝亮等通过一维和三维联合迭代的方法研究亮整车的热管理问题，为车辆前期热管理的仿真分析提供了一种有效的分析方法[2]。
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1. 不考虑温度场的风量计算，主要是为了整车前期开发过程中对冷却系统进行 优化。
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2. 带温度场计算得到的风量精度要高于不带温度场的，原因在于带温度场计算 考虑到温度对空气密度的影响。
3. 为了更准确的评估散热器的进水温度，可以采用 1D-3D 耦合方式进行仿真。
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工况 怠速，平直道路高速，低速爬坡，高速爬坡，其他
温度场计算 目标 散热器进水温度，各换热器风量，格栅进风量，关键部件温度 模型 几何模型：整车数据包含动力总成，底盘系统，车身外饰，电子电器，冷 却系统等 物理模型：稳态，理想气体，分离流温度，realizable k-epsilon 双方程， surface-to-surface 辐射模型 网格 体网格采用 trimmer 网格与边界层网格形式。 工况 怠速，平直道路高速，低速爬坡，高速爬坡，其他
• 车体几何模型 资料收集 • 车辆行驶工况参数与工作目标
• 建立网格，选择模型，设定仿真参数 仿真模拟 • 求解流场数据
• 冷却模块进风量 结果分析 • 散热器进水温度
• 根据散热器进水温度判定是否优化 改进建议 • 需要优化，主要提高进风量角度考虑
风量计算 目标 格栅进风量，散热器风速，中冷器风速，冷凝器风速 模型 几何模型：整车数据包含动力总成，底盘系统，车身外饰，电子电器，冷 却系统等。 物理模型：稳态，常密度，分离流，realizable k-epsilon 双方程 网格 体网格采用 trimmer 网格与边界层网格形式
Surface-to-surface 辐射模型 Patch Angularity ：150 deg (默认) Patch/Face Proportion：10%，减少计算量，车身 Patch/Face Proportion：50%，排气管周围部件
View Factor Solver Number of Beams, 512 Maximum Reciprocity Iterations, 100 Reciprocity Tolerance, 0.0010 Maximum Polygons per Voxel, 100
基于 STAR-CCM+机舱热管理分析
前言 对于传统车来说，发动机是整车的核心动力设备。当发动机的温
度过高时，不仅它的进气效率及燃烧效率，并且影响它的正常工作， 导致停机。因此发动机舱热管理在整车开发流程中是非常重要的环节 之一。
发动机舱热管理是系统性地对发动机舱内部的散热情况进行模 拟分析和试验验证，以保证在不同的工作状态下发动机舱内的各部件 都能够正常运行，并通过系统性地优化来提高各部件的性能、降低能 耗，是整车开发中的十分重要的环节。发动机舱热管理涉及到造型、 总布置、工艺、电器等多方面的要求，需要造型、发动机、车身和电 器等部门在开发设计过程中进行充分协调。发动机舱热管理是一个非 常复杂的过程，涉及到发动机冷却系统匹配、发动机舱内散热以及发 动机舱内关键部件保护等。
建议处理
多孔介质设置 方式
局部坐标系
采用三点设置笛卡尔坐标系
通常处理 方式
多孔介质参数设定 粘性阻力系数
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惯性阻力系数 辐射模型设置
共轭传热 固体模型不需要选择 radiation 模型，这是由Байду номын сангаас固体非透明，不 能辐射传递热量。 换热器模型不需要选择 radiation 模型。
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三维热管理仿真流程
一般来说，我们可以将三维热管理仿真分成两步走：1.风量计算； 2.温度场计算。发动机舱热管理开始阶段，首先我们确定目标值：1. 针对风量计算，各工况下定义各换热器风量目标，即速度目标；2.针 对温度场计算，各工况下定义散热器进水温度目标。然后处理几何模 型，将几何模型转化成 CFD 仿真模型。最后进行求解设计并提交计 算，根据计算结果进行优化模型直到满足目标值为止。
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模型设置
风扇 MRF 域设置 稳态计算 风扇 MRF 域的选取对风量是有一定影响。 径向上，MRF 域应该选择远离速度梯度大的区域，比如有护风圈， MRF 域的半径大小应取到护风圈壁面上，并设置这一部分不动。 轴向上，由于前端迎风面距离限制，无特别要求；后端的话，MRF 出流面尽可能的长。 瞬态计算 采用 motion 进行计算