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如何表征汽车恒温器用于热流体系统仿真

由Doug Kolak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,所以也有恒温器。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。为这些组件很容易现在至少有三个或四个入口和多个网点。

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,,

“建模时多臂机连接汽车恒温器和泵外壳等描述个人流动路径平行的和独立的损失能增加15 - 20%的误差预测通过出口质量流率。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,信心和信任减少物理测试时间和最终投放市场的时间。”“

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FloEFD模型建立

作为一个例子,图1显示了一个五臂恒温器有四个入口(从散热器,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。这简化了问题一个十字型组件有三个入口,一个出口。

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。这个信息是非常重要的给一个范围的值集中在预期的流量。范围可以根据系统和不同组件是已知的,但是对于这个示例应用范围+ / - 20%,如表1所示。除了流率,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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设计的实验设置

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。一旦输入的值,需要大量的实验,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。这些值已经non-dimensionalizes基于流体属性删除任何依赖密度和粘度。这意味着当使用这个特性在FloMASTER不是关键使用流体相同的流体性质。

一旦所有的实验都成功完成,响应面模型(RSM)可以创建。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。如果需要做进一步的细化,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。这个文件实际上是一个FMU坚持FMI标准,但增强还包括额外的信息,使用FloMASTER等领域的每个部门和3 d表示几何FloMASTER可视化。

在FloMASTER创建恒温器组件,“新FloEFD N-Arm组件”可以选择从发射台。一旦文件被加载并导入成功,分支数据和水力限制可供审查。此时3 d可视化也可用来识别每个手臂并创建一个组件符号如图3所示。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,组件将被保存到FloMASTER数据库中使用的任何访问它。

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使用FloMASTER数据库中的组件,它可以用在任何模型用一个简单的拖拽类似于标准FloMASTER组件。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。一个初始运行结果的系统操作的范围都会冷不防地描述。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:

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

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