CN112214937A - 一种氢能汽车冷却管路的优化设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氢能汽车冷却管路的优化设计方法及系统,通过分析氢能汽车的动力系统中的发热元器件的散热需求,合理设计管路来分配冷却水流量,使得冷却管路在不同工况下既能满足需求,又不会存在过剩的情况。本发明的有益效果:通过仿真分析,可验证冷却管路设计是否合理,也可帮助优化管路设计,提高冷却系统性能。
Description
技术领域
本发明涉及冷却管路布局优化领域,尤其涉及一种氢能汽车冷却管路的优化设计方法及系统。
背景技术
汽车冷却系统的主要工作是将热量散发到空气中以防止发动机过热,而汽车发动机变冷也会加快组件的磨损,导致发动机效率降低从而排放出更多污染物,故而汽车发动机需在适当高温状态下运行。因此,冷却系统还用于发动机尽快升温,并使其保持恒温。
在氢燃料电池汽车的动力系统中,发热元器件多,发热量大,随之产生无用热量,直接影响着汽车设备性能,甚至会造成设备损坏,然而各个发热元器件对冷却水流量需求不尽相同,对冷却系统的管路设计要求很高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种针对氢能汽车的冷却系统管路中的水冷却循环的CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)仿真方法,通过分析氢能汽车的动力系统中的发热元器件的散热需求,合理设计管路来分配冷却水流量,使得冷却管路在不同工况下既能满足需求,又不会存在过剩的情况。
本发明提供一种氢能汽车冷却管路的优化设计方法,包括以下步骤:
S1、利用专业计算流体动力学的软件,创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型;
S2、通过软件中的填充命令在步骤S1中构建的三维模型中获取冷却水流域,使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分,并确定热源集中分布的节点;
S3、对管路中冷却水的流动状态进行建模,实现对冷却管路的流动控制方程的离散化;
S4、求解离散化后的流动控制方程,得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值;
S5、对步骤S4中计算得到的数值进行分析,根据不符合性能标准的数值,修改冷却管路模型,回到步骤S1重新进行仿真分析,直到步骤S4中计算得到的数值均达到性能标准。
本发明还提供一种氢能汽车冷却管路的优化设计系统,包括:
模型构建模块,用于利用专业计算流体动力学的软件,创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型;
网格生成模块,用于通过软件中的填充命令在三维模型中获取冷却水流域,使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分,并确定热源集中分布的节点;
离散化模型,用于对管路中冷却水的流动状态进行建模,实现对冷却管路的流动控制方程的离散化;
求解模型,用于求解离散化后的流动控制方程,得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值;
数值分析模块,用于对各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值进行分析,根据不符合性能标准的数值,修改冷却管路模型,利用所述模型构建模块、所述网格生成模块、所述离散化模型、所述求解模块重新进行仿真分析,直到所述求解模块中计算得到的数值均达到性能标准。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:通过仿真分析,即可以验证冷却管路设计是否合理,也可以帮助优化管路设计,提高冷却系统性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的氢能汽车冷却管路的优化设计方法的流程图;
图2是本发明实施例氢能汽车冷却管路优化前的水流速度分布图;
图3是本发明实施例氢能汽车冷却管路优化后的水流速度分布图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1,本发明的实施例提供了一种基于CFD的氢能汽车冷却管路的优化设计方法,包括以下步骤:
S1、建模:利用专业计算流体动力学的软件,比如CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、comsol等等,创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型;优选地,本实施例采用Fluent,包括前处理、求解器、后处理集成软件包。
所述步骤S1还包括还包括确定所述冷却管路的流动控制方程以及初始边界条件。
S2、生成网格:通过软件中的填充命令在步骤S1中构建的三维模型中获取冷却水流域,使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分,并确定热源集中分布的节点;其中,对所述网格赋予五层膨胀边界层。
S3、离散化:使用湍流模型描述管路中冷却水的流动状态,从而对所述步骤S1中构建的流动控制方程进行离散化。
S4、求解:求解步骤S3中离散化后的流动控制方程,若所述方程为线性方程,直接求解方程的代数解,若所述方程为非线性方程,则利用SIMPLEC算法求解离散化后的流动控制方程,得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度等参数数值。
S5、数值分析:对步骤S4中计算得到的数值进行分析,根据不符合氢能汽车性能标准的参数,修改冷却管路模型,回到步骤S1重新进行仿真分析,直到步骤S4中计算得到的参数均达到性能标准。
请参考图2,其为本实施例中优化前的氢能汽车冷却管路中的水流速度分布,图中不同灰度值对应不同的水流速度,图3为优化后的水流速度分布。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种氢能汽车冷却管路的优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、利用专业计算流体动力学的软件,创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型;
S2、通过软件中的填充命令在步骤S1中构建的三维模型中获取冷却水流域,使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分,并确定热源集中分布的节点;
S3、对管路中冷却水的流动状态进行建模,实现对冷却管路的流动控制方程的离散化;
S4、求解离散化后的流动控制方程,得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值;
S5、对步骤S4中计算得到的数值进行分析,根据不符合性能标准的数值,修改冷却管路模型,回到步骤S1重新进行仿真分析,直到步骤S4中计算得到的数值均达到性能标准。
2.根据权利要求1所述的氢能汽车冷却管路的优化设计方法,其特征在于,所述步骤S1中,还包括确定所述冷却管路的流动控制方程以及初始边界条件。
3.根据权利要求1所述的氢能汽车冷却管路的优化设计方法,其特征在于,所述步骤S3中,利用湍流模型对管路中冷却水的流动状态进行建模。
4.根据权利要求1所述的氢能汽车冷却管路的优化设计方法,其特征在于,所述步骤S4中,若所述步骤S3中离散化后的流动控制方程为线性方程,直接求解方程的代数解,若所述方程为非线性方程,则利用SIMPLEC算法求解离散化后的流动控制方程。
5.一种氢能汽车冷却管路的优化设计系统,其特征在于,包括:
模型构建模块,用于利用专业计算流体动力学的软件,创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型;
网格生成模块,用于通过软件中的填充命令在三维模型中获取冷却水流域,使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分,并确定热源集中分布的节点;
离散化模型,用于对管路中冷却水的流动状态进行建模,实现对冷却管路的流动控制方程的离散化;
求解模型,用于求解离散化后的流动控制方程,得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值;
数值分析模块,用于对各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值进行分析,根据不符合性能标准的数值,修改冷却管路模型,利用所述模型构建模块、所述网格生成模块、所述离散化模型、所述求解模块重新进行仿真分析,直到所述求解模块中计算得到的数值均达到性能标准。
6.根据权利要求5所述的氢能汽车冷却管路的优化设计系统,其特征在于,所述模型构建模块还用于确定所述冷却管路的流动控制方程以及初始边界条件。
7.根据权利要求5所述的氢能汽车冷却管路的优化设计系统,其特征在于,所述离散化模型利用湍流模型对管路中冷却水的流动状态进行建模。
8.根据权利要求5所述的氢能汽车冷却管路的优化设计系统,其特征在于,所述求解模块中,若离散化后的流动控制方程为线性方程,直接求解方程的代数解,若离散化后的流动控制方程为非线性方程,则利用SIMPLEC算法进行求解。
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