28-基于STAR-CCM+的发动机舱热管理(2010)
基于Star-ccm+的某水冷电机控制器热仿真及分析
基于Star-ccm+的某水冷电机控制器热仿真及分析赖晨光;吕宝;陈祎;胡博【摘要】为提高电机控制器的冷却效率,以一款60 kW水冷电机控制器为研究对象,采用有限元方法建立了电机控制器的散热模型,为消除不同网格尺寸对仿真结果产生的误差对其进行网格无关性验证,并利用CFD软件进行仿真,分析了水道内不同高度、不同形状的扰流块对控制器散热性能的影响.仿真结果表明:在满足工艺要求和总压降的条件下,采用高度为0.7 mm的菱形扰流块时,控制器散热效果达到最佳,这为控制器水道的选型提供了参考依据,具有工程实际参考价值.【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(032)008【总页数】6页(P8-13)【关键词】电机控制器;网格无关性;水道扰流块;数值模拟【作者】赖晨光;吕宝;陈祎;胡博【作者单位】重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室,重庆400054;重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室,重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】U469.72随着再生能源的日益枯竭和排放规定的限制，开发新能源汽车已是大势所趋。
电动汽车的电机控制器中的IGBT模块作为驱动系统中的关键部件其散热性能直接影响电机的输出性能及电驱动系统运行的可靠性，电机的频繁启动和关闭会使IGBT功率模块产生大量的热，若不能及时把热量传递出去将会造成IGBT被击穿，控制器被烧毁，严重影响了控制器的质量和可靠性[1]。
目前，常用电机控制器的冷却方式为水冷和自然风冷。
风冷散热效果远低于水冷，对于高功率控制器来说更是如此。
控制器的散热元件主要有风冷散热器[2]、冷板散热器[3]、热管散热器[4-5]等，目前大多数学者只针对控制器中的IGBT模块进行仿真分析，对冷却系统的改进较少，因此本文针对控制器水道内的不同高度、不同形状的扰流块对水流均匀性、压降及IGBT温度产生的影响进行研究，得到了扰流块不同高度及形状之间的规律，为前期开发和优化提供参考。
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
基于STAR-CCM+的发动机曲轴箱通风系统CFD分析
基于STAR-CCM+的发动机曲轴箱通风系统CFD分析李军;向璐;王翀【摘要】为详细了解发动机曲轴箱通风系统内部的气体流动规律,采用STAR-CCM+模拟具有通风功能和无通风功能的两种曲轴箱通风系统它们各自内部的气体流动过程.计算结果表明,稳态情况下,曲轴箱通风系统内部除油气分离器外其它部分气体流速均较低;活塞漏气主要通过曲轴箱、前罩盖进入凸轮轴室,只有小部分气体通过回油道进入凸轮轴室;新鲜空气从通风管进入凸轮轴室后,大部分在凸轮轴室内流动,小部分通过回油道进入曲轴箱内,并与活塞漏气一起流向油气分离器;引入新鲜空气进入曲轴箱通风系统后,提高了曲轴箱通风系统整体的气体流动速度.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】3页(P88-90)【关键词】发动机;曲轴箱;通风系统;STAR-CCM+【作者】李军;向璐;王翀【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆长安汽车股份有限公司动力研究院,重庆401120【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK413.3发动机曲轴箱通风系统的作用是防止发动机曲轴箱内压力过高，延长机油使用期限，减少零件磨损和腐蚀，防止发动机漏油。
曲轴箱通风系统是发动机的重要组成部分，它是一个极其复杂的流体系统。
其复杂性不仅是流场形状十分复杂，还在于整个系统包含了曲柄连杆机构等复杂运动部件，更有活塞漏气、润滑油的喷射、飞溅、雾化、凝结和水蒸气的凝结以及上述物理过程之间的交互影响等物理现象。
曲轴箱通风系统是一个尚未模型化的系统。
当前还没有完善的模型和评价体系，只有文献[1-2]发表了较深入的研究成果，但仅限于气动与泵气损失和机油隔板的设计方面。
因此，需要对曲轴箱通风系统进行CFD分析，达到了解曲轴箱通风系统内部气体流动规律，合理设计曲轴箱通风系统目的。
针对某车用4缸汽油发动机的曲轴箱通风系统，运用STAR-CCM+进行稳态CFD分析，研究了稳态情况下曲轴箱通风系统内的气体流动规律。
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
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]。
某新车型发动机舱热管理仿真与试验
某新车型发动机舱热管理仿真与试验施鹏飞;于剑泽;李飞;刘欢【摘要】为了解决发动机冷却性能不满足设计要求的问题.文章应用CFD方法对整车发动机舱流场进行了仿真分析,通过整车热平衡试验验证汽车的冷却性能,并针对冷却模块进气量不足的问题提出了合理有效的优化方案.结果表明:优化后的汽车在高速爬坡工况下,中冷器的进气量提升11.3％,散热器的进气量提升13.1％;低速爬坡工况下,中冷器的进气量提升5.2％,散热器的进气量提升6.1％;采用优化方案后发动机冷却液温度降低,在高速爬坡工况下冷却液温度由110℃下降到108℃,有效地解决了发动机水温高的问题,使其满足工程设计要求.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P41-44)【关键词】发动机舱流场;热管理;热平衡试验;冷却系统【作者】施鹏飞;于剑泽;李飞;刘欢【作者单位】华晨汽车工程研究院;华晨汽车工程研究院;华晨汽车工程研究院;华晨汽车工程研究院【正文语种】中文随着汽车性能和技术的不断提高，对发动机的冷却性能以及发动机舱热管理技术的要求越来越严格。
发动机的冷却性能必须要满足一定的设计要求，发动机舱也要能够保持一个相对合理的温度。
因为这将对车辆的进气系统、空调系统及排气系统等产生重要的影响，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。
对于发动机的冷却性能及发动机舱热管理技术国内外学者已进行过深入的研究。
文献[1]利用CFD分析软件Fl uent对汽车发动机舱进行仿真计算，并与试验数据对标，验证了仿真分析的准确性。
文献[2]利用一维和三维耦合仿真分析的方法，分析了发动机舱内的气流流动情况和零部件之间的热传递情况。
文献[3]研究了发动机舱在不同控制方法下的散热性能，并应用Fl owM ast er软件验证了该方法的可行性。
文献[4]应用Fl owM ast er软件分析了整个柴油机冷却系统的热平衡及循环过程，并通过试验方法验证了仿真模型的准确性，针对存在的问题进行结构优化。
机舱热管理教程(ccm+)
Porous区域、Main区域新建表面的Remesh
Main、Fan、Porous三个区域及包含的表面如图 其中Fan区域的表面经过Remesh后导入，而Porous区 域的porous_top_1、porous_top_2，Main区域的Block表 面都是新创建的表面，没有经过Remesh，需要 Remesh 采用局部Remesh的方法，减少工作量
STAR-CCM+发动机 舱热管理解析教程
08/08/04
CDAJ-China 西迪阿特信息科技(上海)有限公司 技术部
目录
一． 二． 三． 四． 五．
六．
几何数据准备与导入 解析设定 Mesh生成 换热器，风扇的设定 输出设定 解析执行与结果评价方法
目录
面网格生成
车体部分（车身壁面及发动机舱壁面）的表面处理 风扇部分（风扇叶片处理，MRF面的创建）的表面处理 车体部分表面与风扇部分表面的合并 换热器、冷凝器部分的表面处理 计算区域Block表面的创建，轮胎与地面接触部分的表面处理 局部Remesh 区域划分，Interface的创建
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
一种基于star CCM+与Amesim的动力电池系统热扩散联合仿真方法[发明专利]
![一种基于star CCM+与Amesim的动力电池系统热扩散联合仿真方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/13c8f27d777f5acfa1c7aa00b52acfc788eb9f43.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202010959162.3(22)申请日 2020.09.15(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号 CN 112231945 A(43)申请公布日 2021.01.15(73)专利权人 中国汽车技术研究中心有限公司地址 300300 天津市东丽区先锋东路68号专利权人 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司(72)发明人 齐创 邝男男 张亚军 方锐 栗国 邓浩然 裴志豪 赵光磊 (51)Int.Cl.G06F 30/23(2020.01)G06F 119/08(2020.01)(56)对比文件CN 111027164 A ,2020.04.17CN 111428335 A ,2020.07.17CN 109884527 A ,2019.06.14CN 105468878 A ,2016.04.06CN 111597719 A ,2020.08.28CN 111539125 A ,2020.08.14潘巍等.《基于Star-CCM+&AMEsim联合仿真的液冷电池包热管理》.《电池工业》.2018,第22卷(第6期),郑站强等.《基于一维/三维藕合仿真的某款拖拉机散热系统分析》.《农业技术与装备》.2020,第361卷(第01期),审查员 严凯丽(54)发明名称一种基于star CCM+与Amesim的动力电池系统热扩散联合仿真方法(57)摘要本发明实施例公开了一种基于star CCM+与Amesim的动力电池系统热扩散联合仿真方法。
该方法包括：利用有限元前处理软件对动力电池系统的三维仿真模型进行接触界面处理并生成面网格；将所述前处理步骤中生成的面网格导入star CCM+软件中进行区域划分，设置网格参数生成体网格；针对动力电池系统体网格模型的不同区域设置对应的材料属性，并在动力电池系统三维仿真模型的材料属性中设置“协同仿真”操作；搭建控制模块，并进行参数调用，查看仿真结果。
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。
发动机舱热管理文档集合(二)
进气阻力及空滤阻力。最后将空滤器仿真结果与试验结果进行比较,进一步验
冷却系统的进口和散热口的最佳分布位置。
8.基于STARCCM_对排气系统进行参数化设计和优化.pdf 通过应用STAR CCM+的3D-CAD几何建模功能模块,在设计过程中将汽车排气系 统中的催化器扩张管和收缩管锥度、催化剂载体直径和长度、连接管段直径
等关键尺寸参数化,并建立了流体动力学模型,通过对其进行三维稳态流动数
以某自主品牌车型为案例,对汽车外流场CFD计算分析过程与结果做了通用性的描
述,通过试验和设计数据的对比,得到了比较合理的结果。在此基础上,模拟出汽
车外流场尾部的分离流动,从压力场、速度场和流动迹线几个方面分析了模型的
数值模拟结果。对汽车虚拟技术平台CFD分析应用流程做了初步的归纳与总结,给
相关设计流程以参考性的建议。
5.基于Star_CCM_二次开发的整车外流场数值模拟.pdf 整车外流场分析已经成为轿车开发中评价气动阻力与升力等指标的快速手段 。通过Star-CCM+软件的二次开发,把整车外流场分析程序化,可以提高整车外 流场分析的工作效率、计算精度与结果一致性。程序应用于某开发阶段车型
的外流场分析。
6.基于STAR_CCM_的某汽车外流场的数值模拟.pdf
较了有限体积法与有限元法的差别,为歧管式催化转化器进行热流耦合过程的模
拟计算奠定了理论基础。 .
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。
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. 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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。
结果的后处理及评价方法
B.2 流场分析
分配差异
• 现象描述：
• 冷却空气的分配不符合主要热源的分布 （如冷却空气大部分没有流经排气歧管）
• 检查方法：
• 分析机舱内流线图 • 或检查热源周围的流动方向 • 计算量：（如截面流量）
• 影响：
• 主要热源未得到应有的冷却
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B.2 流场分析
• 作用： • 计算中输出的离散的速度值，压力值和温度值等可以被转换为分析人员所 需的面平均值、体平均和积分值等。
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A.3 计算量
STAR-CCM+提供了Reports工具，可以使分析人员方便地获得所关心 的计算量，得到具体数值。
常用的计算量有：通过冷凝器的流量、通过散热器的流量、通过风扇的 流量、截面的通过流量、某个部件附近的平均流速、投影面积、阻力系数 Cd、升力系数Cl等。
• 基于模拟结果，可以得出改进的思路和方法。 • 可对不同的设计进行对比模拟，然后验证改进设计。
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感谢您的观看。
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通过风扇的流量
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发动机附近的 平均流速
A.3 计算量
阻力系数Cd的求取： 1
求整车在X方向 的正投影面积
2
求整车阻力系数Cd
Run Report
投影面积
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参考密度 车速
Run Report
A.3 计算量
升力系数Cl的求取： 1
求整车在Z方向 的正投影面积
2
求整车升力系数Cl
用来观察热交换器前部是否有 “短路”回流现象
2. 风扇旋转区域的出口表面
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.。
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。
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基于STAR STAR--CCM+CCM+的的发动机舱热管理发动机舱热管理
Underhood Thermal Underhood Thermal Management Management by STAR by STAR--CCM+CCM+
余小东 李义林
（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+对长安某车型发动机舱建立物理数学模型，通过对发动机舱热管理CFD 分析，并提出优化方案以提高散热器表面平均风速，增大通过散热器冷却空气流量来降低发动机冷却水温度。
关键词： STAR-CCM+ 发动机舱热管理
Abstract Abstract：： In the paper, the three dimensional physical and mathematical models of UTM of a Changan vehicle were proposed by STAR-CCM+, the velocity at the surface of radiator was firstly calculated, then optimizations been proposed and the velocity at the surface of radiator increased, thus the cooling of radiator was improved. Key Keywords words words：： STAR-CCM+ UTM
1 前言前言
随着国内汽车行业的不断发展，发动机舱热管理CFD 分析越来越受到各大汽车厂商的重视。
发动机舱热管理为机舱布置和冷却部件的选型提供可靠的理论依据，也成为汽车研发的必备手段。
本文应用流体力学计算软件STAR-CCM+建立长安某款车发动机舱热管理模型，生成多面体网格，通过稳态计算，提出了相应的优化方案，增大了冷却部件进气量，提高了冷却模块性能，解决了发动机冷却水温偏高的实际问题。
2 数值计算数值计算模型模型模型
2.1 2.1 几何几何几何模型模型模型及网格划分及网格划分及网格划分
由常规方法对该车型发动机舱进行建模，空气从前部格栅进入发动机舱，在风扇的作用下进入散热器和冷凝器带走相应的热量。
严格按照原始模型建立物理模型，采用polyhedral 方式进行网格划分，建立网格模型如图1所示，网格总数为555万；散热器和冷凝器内部空间采用结构化网格为12万，两风扇旋转区域采用polyhedral 方式生成多面体网格分别为44万。
体网格总数为611万。
2.22.2 数值计算模型及算法数值计算模型及算法
由于发动机舱内空气流速不高，视为不可压流体进行模拟计算，描述流动特性的方程为：连续性方程、动量方程和k-ε方程。
在三维笛卡尔坐标系中，以张量形式表示的湍流对流换热控制微分方程如下： 连续方程：
0=∂∂i i x u ρ
(1) 动量方程： i k k eff i j j i eff j j i j x p x u x u x u x u u x ∂∂−∂∂−∂∂+∂∂∂∂=∂∂32)([)(µµρ
(2)
图1 网格模型
湍动能方程： ρεµ∂∂µα∂∂ρ∂∂−+ =2) ( )( S x k x k u x t i eff k i i i
(3)
湍动能耗散率方程： R k C S k C x x u x t i eff i i i −−+ =2221 ( )( ερµε∂ε∂µα∂∂ερ∂∂εεε (4)
2.32.3 物性及物性及边界条件边界条件边界条件
流体为空气，入口条件设置为速度进口：速度为7.5m/s，出口设置为压力出口，散热器和冷凝器设置为多孔介质区域，设定相应的阻力特性值，内部结构化网格与外部多面体网格用interface 连接，风扇选用MRF 模型，其旋转区域周围采用interface 与舱内流体连接，其他地方设置为壁面边界条件。
3 计算结果及分析计算结果及分析
3.1原始模型原始模型
图2和图3分别为原始模型下中截面速度云图和速度矢量图，图4和图5分别为z 向某截面的速度云图和矢量图。
图2 中截面速度云图
图3 中截面速度矢量图
从图中可以看出，目前模型下的机舱布置还不够合理，需要进一步优化。
3.2 3.2 优化模型优化模型优化模型
结合实际工艺和原始模型计算结果，对原始模型进行优化，优化结果与原始模型对比如下：图6和图7分别为优化前后的中截面速度矢量分布，图8和图9分别为优化前后的散热器表面速度分布。
从图中可以看出，优化后模型格栅流速有所降低（有利于降低整车的气动阻力），但从图8和图9可以看出，散热器表面的风速得到很明显的提高。
CFD 计算结果：散热器表面平均风速也较原始模型提高了8.65% 。
图4 z
向截面速度云图 图5 z
向截面速度云图
图
6 原始模型中截面速度分布 图
7 优化模型中截面速度分布
4 4 结论结论结论
应用STAR-CCM+计算流体软件模拟计算发动机舱内流动情况，发现散热器散热效果不理想，导致发动机冷却水温度较高。
根据原方案的流动情况，提出了相应的优化方案，经过再次模拟计算，发现优化方案的冷却部件表面平均流速得到很大程度的提高，提高了冷却部件效率。
STAR-CCM+计算流体软件能准确模拟发动机舱内的流动情况，其包面功能快捷精准，能很好的捕捉用户关心的细节，为模型进行优化设计提供了方便。
5 5 参考文献参考文献参考文献
[1] STAR-CCM+教程 图
8 原始模型散热器表面速度分布
图9优化模型散热器表面速度分布。