star热管理

整车热管理及驾驶循环仿真模拟设计热防护系统时，如果采用虚拟汽车来取代实体样车测试，它必须保证能在多种虚拟工况下正常工作:•稳态工况–静止怠速–恒速低速爬坡带拖车–恒速高速，通常200km/h•瞬态工况–热浸(零速,自然对流)–爬坡(恒速,可变热负荷)–下坡(恒速,可变热负荷)–城市驾驶循环(变速)采用的方法必须高效灵活，可根据需要随时嵌入其它物理模块:–电化学电池系统–热舒适性及空调系统–催化器/选择性催化还原系统–除雾/除霜系统–旋转刚体运动刹车系统整车热管理仿真模拟所面临的挑战计算区预/固体零部件相互独立的流体和固体建模方式的优势•建模可同时进行•无需考虑两个不同模型网格连续性问题•可根据项目需要选择适当的模型•可在另外一个独立的模型来模拟某些分系统复杂的物理现象，从而保持两个主模型的建模和计算简洁轻便•流固协同仿真有助分析复杂的瞬态驾驶工况.任何一个独特驶工况的热负荷计算都可通过此法来仿真模拟Page4流体模型(对流传热)[稳态或瞬态能量方程][稳态]固体模型(导热/辐射传热)整车热管理仿真模拟–两个互为独立的计算模型协同仿真流体模型–发动机舱及外流场•流体模型包括大约五千万个网格单元•超过五千个零部件包含在模型里•采用剪切六面体及棱柱层边界层网格固体模型–零部件温度预测•固体模型包括大约四千万个网格单元•超过五千个零部件包含在模型里•采用棱柱体/多面体网格稳态整车热管理仿真模拟-流固协同仿真模拟•流体模型包括大约五千万个网格单元•固体模型包括大约四千万个网格单元•超过五千个零部件包含在模型里两个模型迭加在一起整车热管理中固体零部件连接方法Page8Surface-BasedImprintingBefore:After:IntersectingGapNon-ConformalImprintingBefore:After:1122112211221122Before:After:11221122SimpleBooleanSubtract适合多达上千个零部件之间的连接界面流固协同仿真方法的概念•稳态流体方程求解和固体能量方程求解之间的耦合是通过一系列的边界表面映射来传递热参数。详细过程参考以下流程图。•每次映射之后，固体能量方程更新传导和辐射热计算结果,而流体方程则更新对流热计算结果.Continuesuntilconvergence…MapAMapBMapAMapBMapACo-Simulationcanbeautomated.MapBF0S0F1F2S1S2Key:固体模型流体模型FluidModelSolid(+BatteryModel)[Vehiclehoodmodeled,butremovedfrompictureforclarityonly.][稳态或瞬态能量方程][稳态]TTrefref,h,hTTwallwall•通过多次映射来交换边界条件，直到求解收敛.•收敛后，我们可以任意改变流体和固体模型的边界条件或物理叁数来模拟不同的工况。NoSpeedSSSolid(Unsteady)NoSpeedSSKeyOff/HeatSoakLowSpeedSSSolidSSSteadyUphillDriveSS=SteadyState（稳态）流体模型固体模型Key:SolidsAverageTemperatureIterationmaps协同仿真流固耦合收敛的结果稳态流体-稳态固体能量方程模型耦合计算IterationSolidsAverageTemperature稳态瞬态映射及时间步长协同仿真(每一时间步长内能量方程求解收敛)稳态流体-瞬态固体能量方程模型耦合计算稳态和瞬态流固协同仿真的求解过程•可量体裁衣制定仿真分析途经来满足各种瞬态工况分析要求流固协同仿真方法的灵活性NoSpeedSSSolid(Unsteady)NoSpeedTKeyOff/HeatSoakLowSpeedSSSolidSSHighSpeedSSLowSpeedSSLowSpeedSSSolidSSSolid(Unsteady)NoSpeedSSSolid(Unsteady)NoSpeedTUnsteadyUphillDriveKeyOff/HeatSoakSteadyHighSpeedSteadyUphillDriveUnsteadyDriveCycleNoSpeedSSSolid(Unsteady)NoSpeedTKeyOff/HeatSoakF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BSS=SteadyState（稳态）T=Transient（瞬态）途经之一：稳态恒速爬坡到发动机关机途经之二：稳态恒速高速到瞬态低速爬坡到发动机关机途经之三：循环驾驶到发动机关机流体模型固体模型Key:Page11途径之一：整车热管理仿真模拟瞬态热浸工况西迪安科解决问题的方法广泛运用于瞬态热浸工况计算途径之一：整车热管理仿真模拟瞬态热浸工况此类分析包扩由于热浮力产生的自然对流流动途径之二：整车热管理仿真模拟瞬态爬坡工况功能•充分利用由事件主导的协同仿真能够随时起动或关闭某一事件的模拟.(引擎恒温器的状态,风扇转速及热负荷）responsefromeventUnsteadyUphillDriveSteadyHighSpeedHighSpeedSSLowSpeedSSLowSpeedSSSolidSSSolid(Unsteady)UnsteadyUphillDriveSteadyHighSpeedKey:固体模型流体模型途径之三：整车热管理仿真模拟瞬态城市驾驶循环工况功能•可以有效的计算复杂的车辆行驶工况–只需简单地把一个固体模型和多个流体模型耦合及可•采用多个流体模型可必免每次车速变化时必须重新求解流场方程Key:固体模型流体模型UnsteadyDriveCycleNoSpeedSSSolid(Unsteady)NoSpeedSSKeyOff/HeatSoakF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BF0F1F2F3S/BF0F0S/BS/BS/BS/BS/BDriveCycletoKeyOffUSEPAUrbanDynamometerDrivingSchedule(UDDS)EuropeanECE-15UrbanDrivingCycle(UDC)(repeatedmultipletimes)CustomDriveCycleTime,sVehicleSpeedF0F0F0F0F0F0F0F1F1F2F2F3F3DigitizeCurve途径之三：瞬态城市驾驶循环工况城市驾驶循环工况––求解细节求解细节•求解方法:–采用两个或以上计算模型方法–流体模型负责发动机舱及车外流场计算–固体模型则模拟固体零部件–如有需要，可嵌入其它复杂的物理模型–分系统内流场可根据情况在不同的模型里建模或模拟Page16•两个模型之间的协同仿真:-瞬态固体模型-表面辐射-对流传热叁数通过映射流体场边界计算结果来得到-tstep=根据物理特性选择适当的步长-稳态流体模型-可使用多个模型(每一个代表不同的车速)-边界上温度可通过映射固体温度场边界计算结果得到BDS(BatteryDesignStudio)SDK(SoftwareDevelopmentKit)user-customizedlibraryforLead-AcidelectrochemicalmodelingandapplyusingBSM(BatterySimulationModule)inSTAR-CCM+.Thiswouldcalculateheatproducedfromelectricalloading.(batteryphysicscanbemodeledinsolidssimfile,orinaseparatesimfile)•边界条件(“主要动力”):-不同的流体模型对应不同的外流场流速(0kph,12kph,25kph,33kph)-在流体模型里，散热器排热量随时间变化(通过更新列表数据和从固体模型映射时间变量来实现)-在两个模型里，热零部件外部边界上的温度随时间变化(从固体模型映射到流体模型)-铅电池放电数据(电流vs.时间)也随时间变化F0F0F0F0F0F0F0F1F1F2F2F3F3F0F1F2F3SF0F0SSSSSF0F1F2F3SF0F0SSSSSOneCycleShownforClarityKey:SolidModelFluidModel•四个不同的行驶速度通过面积加权来得到•总共行驶时间是80分钟，共有9个可重复的驾驶循环•稳态方程的求解要在瞬态流固协同仿真之前首先收敛•协同仿真是在瞬态固体模型/电池模块和四个稳态流体模型之间交替进行•速度改变时，边界上的参数需要通过两个模型之间的映射重新更新1CyclePage17途径之三：瞬态城市驾驶循环工况城市驾驶循环工况––求解细节求解细节途径之三：瞬态城市驾驶循环工况城市驾驶循环工况––计算运行数据统计计算运行数据统计//资源资源UrbanDrivingCycle(realtime80minutes)#cellsResource#processorsAvail.MemoryRuntime#mapsFluid30MCluster4484.5GB/CPU~3days108Solid/Battery2.8MCluster2244.5GB/CPU~5days108Other~1dayTOTAL9days216Page18整体循环工况以及每个独立工况的计算结果与实验结果整体循环工况以及每个独立工况的计算结果与实验结果非常吻合。非常吻合。不幸的是，客户不允许我们展示计算结果不幸的是，客户不允许我们展示计算结果ThankYou!ThankYou!