用于 ICEV 耦合 CHT 仿真的保真 CFD

介绍

内燃机车辆 (ICEV) 热管理的重点领域是引擎盖/车身底部、HVAC 和驾驶室舒适度。热浸泡、分区冷却和自动气候控制技术等热管理策略旨在平衡乘客舒适度、安全性（在制动方面，以确保稳定的摩擦以实现平稳停止）、临界峰值温度（例如可靠性和耐用性）、和油耗。

在设计 ICEV 热管理系统时，需要考虑来自发动机、排气系统、散热器和冷凝器的热量，以及与之相连的风扇，以及周围的地形和天气。使用 Cadence 的 Fidelity CFD 软件进行的耦合共轭热传递 (CHT) 仿真使用计算流体动力学技术来准确预测固体和流体域之间的热传递，从而实现整车的高级热管理。

ICEV热管理的挑战

热交换器 (HE) 是车辆热管理的核心，是一个由散热器、机油冷却器、燃油冷却器、蒸发器、增压冷却器等组成的复杂系统。典型的内燃 (IC) 发动机至少由两个或多个部件组成更多高等教育；因此，通过减小 HE 的尺寸，重量会大大减轻，从而有助于改善空气动力学和燃油经济性。紧凑型 HE 模型可以更快地响应不断变化的操作条件，从而减少流体库存费用，同时减少对环境的影响。

图 1。ICEV 散热器前的反向旋转风扇。

环境空气、冷却剂、燃料、机油、制冷剂等传热流体用于车辆热管理系统，并表现出相对较低的导热性。因此，优化 ICEV 热部件以用于发动机冷却和改进 HVAC 系统性能的 CHT 模型非常重要。

在车辆停止运行（也称为关闭和浸泡）后管理热瞬变是汽车行业设计阶段的关键问题之一，因为升高的温度会导致引擎盖下损坏或零件过早失效。

Fidelity CFD 的用户利益

Fidelity CFD 提供高级几何修复、网格划分和比例解析模拟，以满足客户对单一界面上的创新 CFD 解决方案的要求，从而节省在平台之间切换所花费的时间。

使用Fidelity CFD 中的AutoSeal 技术可以自动密封车辆计算机辅助设计 (CAD) 几何结构中的缝隙和孔洞，将预处理时间从几天缩短到几小时；提供一个可以进行啮合的防水体。Fidelity CFD 包括用于共轭传热模型的自动网格生成技术，该模型主要针对固体和流体域使用非结构化全六面体或六面体主网格。此外，Fidelity CFD 具有适用于通用模型的符合行业标准的可重复模板。

图 2. 本田 CRV 车型的半身网格（左），排气歧管内部空气和外部空气的网格化发动机缸体剖切部分，其中网格完全共形，包括流体域和固体域之间的连接（正确的）。

通过运行瞬态和稳态仿真（包括使用 Omnis 的热部件的辐射），轻松识别引擎盖下或车身底部系统中的热点，预测外部空气动力学性能并捕捉诸如熄火和浸泡以及爬坡等真实场景。

                                                   

图 3. 发动机表面温度（左）、排气系统静态温度和车身底部流场（右）。

结论

完全耦合的 CHT 仿真为车辆的空气动力学和热性能提供了更真实的结果。从计算辐射分量到捕获固体和流体域热传递中涉及的物理现象，Fidelity CFD 只需最少的用户干预即可完成这一切。随着汽车行业设计周期的缩短，像 Fidelity CFD 这样的多方面仿真平台面临着在更短的时间内预测车辆热行为的挑战。

文章来源：cadence博客