CN112380613A - 一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法。所述方法包括：利用三维仿真软件预估散热器、中冷器的热功率，冷凝器的热功率取恒定值，进而得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量以及芯体入口的表面温度平均值；基于所述风量和温度平均值，利用一维仿真软件进行一维系统仿真计算，得到散热器、中冷器的热功率；以散热器、中冷器、冷凝器的热功率，利用三维仿真软件得到散热器芯体、中冷器芯体、冷凝器芯体的出口风量以及芯体入口的表面温度平均值；反复执行上述步骤进行迭代计算，直到满足收敛条件。本发明充分利用一维仿真软件和三维仿真软件各自的优点，通过反复迭代减少因热回流产生的仿真误差，提高了冷却系统水温的仿真精度。

Description

一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法
技术领域
本发明属于汽车发动机冷却系统仿真技术领域，具体涉及一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法。
背景技术
汽车冷却系统是指以发动机、冷凝器、中冷器为主要热源的散热系统，同时也包括节温器、水泵及管路等。冷却系统仿真一般采用一维仿真和三维仿真两种方法。一维仿真是指系统级别的仿真，侧重于冷却系统各个部件之间的匹配，在一维模型中搭建冷却系统回路的各个部件模型，包括发动机、散热器、冷凝器、中冷器、节温器、暖风、管路等，如图1所示，考虑各个部件之间的连接关系，然后进行仿真分析，最终的评价指标包括水温、流量等。它的重点在于性能分析，进行关键零部件的选型与匹配。三维仿真侧重于零部件级别的详细开发。搭建整车的详细模型，重点分析格栅开口大小是否合适，可提取出前端模块(散热器、冷凝器和中冷器)风量用于一维冷却系统分析；关注机舱流场是否合理，怠速工况是否存在回流，是否有热害产生等等。它侧重于流场详细结构的优化。
目前成熟的一维仿真方法主要在于评估冷却系统流量分配。在仿真冷却系统水温时，对空气侧的风量及温度多以经验数据或者后期试验数据作为输入，存在如下问题：以经验数据作为边界输入，导致水温仿真结果误差较大；以台架试验数据作为输入，在设计前期由于无法进行试验导致难以进行仿真评估，而且散热器、中冷器的台架热功率与实车有差别，难以保证仿真精度。另外，由于在低速工况下，或车型早期设计时前端冷却模块周边密封不严的情况下，前端模块容易吸入来自机舱的热回流空气，仅靠现有一维仿真难以对热回流进行定量分析，进而无法准确评估冷却系统的水温。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法，包括：
步骤1，利用三维仿真软件进行稳态热流场分析，预估散热器、中冷器的热功率Qrad0、Qcac0，冷凝器的热功率取恒定值Qcon，进而得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad1、qcac1、qcon1，以及芯体入口的表面温度平均值Trad1、Tcac1、Tcon1；
步骤2，基于qrad1、qcac1、qcon1和Trad1、Tcac1、Tcon1，利用一维仿真软件进行一维系统仿真计算，得到散热器、中冷器的热功率Qrad1、Qcac1；
步骤3，以Qrad1、Qcac1、Qcon为输入，利用三维仿真软件得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad2、qcac2、qcon2，以及芯体入口的表面温度平均值Trad2、Tcac2、Tcon2；
步骤4，反复执行步骤2、3进行迭代计算，直到相邻两次迭代散热器的热功率差的绝对值或中冷器的热功率差的绝对值小于设定的阈值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明充分利用一维仿真软件和三维仿真软件各自的优点，采用三维仿真软件，基于散热器、中冷器、冷凝器的热功率(冷凝器热功率取恒定值)，计算它们芯体的出口风量和入口表面温度平均值，采用一维仿真软件，基于散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量和入口表面温度平均值，计算它们的热功率，通过反复迭代减少因热回流产生的仿真误差，解决了仅靠现有一维仿真难以对热回流进行定量分析，进而无法准确评估冷却系统水温的问题。
附图说明
图1为汽车发动机冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法，包括以下步骤：
S101、利用三维仿真软件进行稳态热流场分析，预估散热器、中冷器的热功率Qrad0、Qcac0，冷凝器的热功率取恒定值Qcon，进而得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad1、qcac1、qcon1，以及芯体入口的表面温度平均值Trad1、Tcac1、Tcon1；
S102、基于qrad1、qcac1、qcon1和Trad1、Tcac1、Tcon1，利用一维仿真软件进行一维系统仿真计算，得到散热器、中冷器的热功率为Qrad1、Qcac1；
S103、以Qrad1、Qcac1、Qcon为输入，利用三维仿真软件得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad2、qcac2、qcon2，以及芯体入口的表面温度平均值Trad2、Tcac2、Tcon2；
S104、反复执行S102、S103进行迭代计算，直到相邻两次迭代散热器的热功率差的绝对值或中冷器的热功率差的绝对值小于设定的阈值。
本实施例涉及汽车发动机冷却系统，如图1所示。在低速工况下，或车型早期设计时前端冷却模块周边密封不严的情况下，容易吸入来自机舱的热回流空气，仅靠现有一维仿真难以对热回流进行定量分析。为此，本实施例利用一维三维联合仿真方法，通过多次迭代将一维三维的仿真结果实现耦合，修正前端模块的热功率和进风温度值结果，从而提高仿真精度。一维仿真是系统级别的仿真，侧重于冷却系统各个部件之间的匹配。在一维模型中搭建冷却系统回路的各个部件模型，包括发动机、散热器、冷凝器、中冷器、节温器、暖风、管路等。三维仿真侧重于零部件级别的详细开发，搭建整车的详细模型，可在计算结果中提取出前端模块的风量，用于一维冷却系统分析。本实施例所要解决的技术问题是如何消除热回流对仿真精度的影响，因此不具体讨论一维三维建模方法。
在本实施例中，步骤S101主要用于进行迭代前的准备工作。首先，利用三维仿真软件，参考以往车型的经验值，对散热器、中冷器的热功率进行预估。冷凝器的热功率在迭代过程中视为恒定值，这是由于虽然在实际使用中空调负荷可能有变动，但在试验中空调按最大负荷开启，而且在温度恒定一段时间后才会记入试验采集数据，而仿真所用数据正是基于这样的稳定试验数据。因此，可认为冷凝器的功率是不变的；然后，基于预估的散热器、中冷器、冷凝器的热功率，利用三维仿真软件得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量以及芯体入口的表面温度平均值。
在本实施例中，步骤S102主要用于利用三维仿真的结果进行一维仿真。具体地，基于上一步三维仿真得到的散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量和芯体入口的表面温度平均值，利用一维仿真软件得到散热器、中冷器的热功率。
在本实施例中，步骤S103主要用于利用一维仿真的结果进行三维仿真。具体地，基于上一步一维仿真得到的散热器、中冷器的热功率和冷凝器的恒定热功率，利用三维仿真软件得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量以及芯体入口的表面温度平均值。
在本实施例中，步骤S104主要用于迭代计算。重复执行S102、S103进行迭代计算，直到满足收敛条件。为了减小热回流引起的仿真误差，收敛条件设置为相邻两次迭代散热器的热功率差的绝对值小于设定的阈值，或两次迭代中冷器的热功率差的绝对值小于设定的阈值。所述阈值的大小根据行业经验设定。
作为一种可选实施例，所述S104的阈值为0.01kw。
在本实施例中，所述S104中的阈值设为0.01kw。值得说明的是，本实施例只是给出一种较佳实施例，并不限制和排斥其它可行的阈值大小。
作为一种可选实施例，所述方法还包括：迭代过程中利用一维仿真软件计算发动机进出水温度，迭代结束后输出所述温度。
在本实施例中，将迭代结束后得到的发动机进出水温度作为最终输出。进出水温度是一维仿真精确与否的评价指标，也是利用一维仿真软件计算得出的，因此一般也作为发动机冷却系统仿真完毕后的最终输出。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用三维仿真软件进行稳态热流场分析，预估散热器、中冷器的热功率Qrad0、Qcac0，冷凝器的热功率取恒定值Qcon，进而得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad1、qcac1、qcon1，以及芯体入口的表面温度平均值Trad1、Tcac1、Tcon1；
步骤2，基于qrad1、qcac1、qcon1和Trad1、Tcac1、Tcon1，利用一维仿真软件进行一维系统仿真计算，得到散热器、中冷器的热功率Qrad1、Qcac1；
步骤3，以Qrad1、Qcac1、Qcon为输入，利用三维仿真软件得到散热器、中冷器、冷凝器芯体的出口风量qrad2、qcac2、qcon2，以及芯体入口的表面温度平均值Trad2、Tcac2、Tcon2；
步骤4，反复执行步骤2、3进行迭代计算，直到相邻两次迭代散热器的热功率差的绝对值或中冷器的热功率差的绝对值小于设定的阈值。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法，其特征在于，所述步骤4的阈值为0.01kw。
3.根据权利要求1所述的汽车发动机冷却系统一维三维联合仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：迭代过程中利用一维仿真软件计算发动机进出水温度，迭代结束后输出所述温度。
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