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如何表征汽车恒温器用于热流体系统仿真

道格·科拉克,技术市场工程师,明导国际

如何

自动调温器是车辆热管理系统的重要组成部分。它负责在发动机中维持可接受的工作温度,既防止灾难性故障,又保持其尽可能有效地运行。随着车辆冷却系统的复杂化,恒温器也是如此。这些部分不再像单个流道那样简单,然后流入旁路或散热器。现在这些部件很容易至少有三或四个入口和多个出口。

这种增加的复杂性产生了更复杂的3D流型,而这些流型在任何标准的FloMASTER组件模型中都没有考虑到。工程师可以尝试利用离散损失复制流动武器的数量,但是,这不允许所有臂的不同流速在实际中对压降的影响的相互作用,例如文丘里效应。这是应用基于模拟的特征可以提高汽车冷却回路模拟的准确性的地方。事实上,这是计算科学专家组的Sudhi Uppuluri所表达的,,

“在建模汽车恒温器和泵壳等多臂接头时,将单个流动路径表征为平行和独立的损失可能在预测通过出口的质量流速时导致15%到20%的误差。通过考虑支路压降随其他支路流速变化而变化的影响,消除了这一误差。使用FloEFD对壳体进行全谱3DCFD表征,并将相互依赖的流道相互作用集成到FloMASTER N-Arm组件中,提高了模拟精度,信心和信任会减少体检时间和最终上市时间。”“

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FloEFD模型建立

例如,图1显示了具有四个入口(来自散热器)的五臂恒温器,齿轮油冷却器,发动机油冷却器,以及散热器旁路)和发动机的一个出口。其目的是确定这种部件的特性,以便以最大流速使用到散热器,因此可以假定散热器旁路是完全关闭的。这将问题简化为具有三个入口和一个出口的四臂组件。

下一步是确定表征的界限应该是什么。此时在设计中应当知道预期的冷却剂流速,如果不是,可以对每个冷却回路进行热平衡以估计这些值。根据这些信息,重要的是给出以预期流量为中心的一系列值。该范围可根据系统和组件已知程度而变化,但对于此示例,应用+/-20%的范围,如表1所示。除了流量之外,必须指定一个参考臂,在这种情况下该参考臂是恒温器出口。该臂具有101325Pa的环境压力,通过所有模拟将保持固定。

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实验装置的设计

然后可以使用参数研究类型的特征化选项将这些值输入FloEFD。一旦输入了值,需要进行许多实验,在这种情况下,运行了120个仿真。然后,FloEFD创建了实验设计(DoE),该实验设计将流速的组合随机和平等地分布在整个表征空间中。然后,可以运行DoE,结果显示为无量纲流速和无量纲压降。这些值是基于流体特性的无量纲化,以消除对密度和粘度的任何依赖性。这意味着当在FloMASTER中使用这种特性时,使用具有完全相同的流体特性的流体并不重要。

一旦所有的实验都成功完成,可以创建响应表面模型(RSM)。这些响应表面是N维数学“表面”,将输出与多个输入相关联。首先要检查RSM的数学拟合误差。可接受的误差量是主观决定,但对于这种情况,所有三个RSM及其以下的<5%被认为是可以接受的。如果需要进一步改进,可以向原始的DOE添加额外的实验,其中新的点符合原始分布。还可以选择对RSM进行目视检查,如图2所示。

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响应面

模型出口和进口假设一切都可以接受,RSM然后可以作为萤火虫文件。该文件实际上是一个遵守FMI标准的FMU,但是也包括FloMASTER使用的附加信息,例如每个臂的面积和用于FloMASTER可视化的几何结构的3D表示。

为了在FloMASTER中创建恒温组件,“新型FloEFD N臂组件可以从Launchpad中选择。一旦文件被加载并且导入成功,分支数据和水力限制可供审查。此时,3D可视化还可以用于识别每个臂,并创建如图3所示的组件符号。可以旋转和缩放3D表示以获得最佳角度,并且顶部的照相机图标可以用于拍摄图像。一旦完成,该组件将被保存到FloMASTER数据库中,供访问它的任何人使用。

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使用FloMASTER数据库中的组件,它可以在具有与标准FloMASTER组件类似的简单拖放的任何模型中使用。在这个例子中,它被添加到汽车热管理模型中,并连接到该模型的适当部分,如图4所示。初始运行导致系统运行良好,且在特征化的范围内。与先前在FloMASTER中建模的方法相比,这一过程提高了通过恒温器的压降的准确性,从而更加准确地表示了系统行为。

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下载白皮书:

基于仿真的特征化。三维至一维系统级热流体CFD工作流程:http://bit.ly/2nwjEmV

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