CN112800588B - 一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法 - Google Patents

一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，包括：确定采样点ai，对各采样点ai进行稳态仿真计算，输出各采样点ai仿真进风量的统计平均值Q1；将所述采样点ai与对应的进风量平均值Q1进行拟合，得到车速与进风量的关系式
Figure DDA0002887641210000011
选取测试点bi，将测试点bi带入所述关系式
Figure DDA0002887641210000012
中，得到测试点计算进风量的统计平均值Q2；对测试点bi进行稳态仿真计算，得到测试点仿真进风量的统计平均值Q2b；当
Figure DDA0002887641210000013
时，确定
Figure DDA0002887641210000014
为精准关系式；当
Figure DDA0002887641210000015
时，重新规划采样点ai；将瞬态行驶工况下的车速导入确定的精准关系式，得到瞬态工况下机舱换热器进风量的关系曲线；其中，机舱换热器进风量包括：散热器的进风量和冷凝器的进风量。通过将瞬态过程离散成多个稳态计算过程从而预测瞬态行驶工况下。

Description

一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法
技术领域
本发明涉及一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，属于汽车热管理领域。
背景技术
瞬态行驶工况下，车速随时间不断的变化带来的是换热器模块进风量的不断变化。常规的瞬态计算，需要将总时长离散成多个物理时长，每个物理时长内需要设置多个迭代步数。以工况总时长1800s为例，时间步长通常取3e-4s(按库朗特数为1进行计算)，内迭代步数为50，采用256核并行计算，每一步长计算时间大概为6s，则总计算时长为1.8e9s，即20833天。很显然，这种规模的仿真计算无法实现。目前国内外关于机舱换热器模块进风量仿真计算的研究大多集中在稳态工况方面，对于瞬态行驶工况的仿真则较少，尚无明确的仿真方法。因此，本发明旨在解决瞬态行驶工况换热器模块进风量仿真计算量大、成本高、周期长、无法为热管理性能一维仿真提供换热器模块进气量输入这一问题。
发明内容
本发明设计开发了一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，通过将瞬态过程离散成多个稳态计算过程，找到车速与换热器模块进风量的对应关系，从而预测瞬态行驶工况下，发动机舱换热器的进风量。
本发明提供的技术方案为：
一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，包括：
在瞬态行驶工况下，确定采样点ai，对各采样点ai进行稳态仿真计算，输出各采样点ai仿真进风量平均值Q1；
将所述采样点ai与对应的进风量平均值Q1进行拟合，得到车速与进风量的关系式
Figure GDA0003515821100000021
选取测试点bi，将测试点bi带入所述关系式
Figure GDA0003515821100000022
中，得到测试点计算进风量的统计平均值Q2；对测试点bi进行稳态仿真计算，得到测试点仿真进风量平均值Q2b；
当
Figure GDA0003515821100000023
时，确定
Figure GDA0003515821100000024
为精准关系式；
当
Figure GDA0003515821100000025
时，重新规划采样点ai；
将瞬态行驶工况下的车速导入确定的精准关系式，得到瞬态工况下机舱换热器进风量的关系曲线；
其中，机舱换热器进风量包括：散热器的进风量和冷凝器的进风量。
优选的是，所述采样点的确定过程包括：
在瞬态行驶工况下，识别出最高车速和最低车速，以最低车速作为第一个采样点，最高车速作为最后一个采样点，中间每隔20kph确定为一个采样点；
当重新规划样本点时，减小样本点间隔，每隔15kph确定为一个样本点。
优选的是，还包括：
在瞬态行驶工况时间为1800s，最低车速为0kph，最高车速为120kph条件下，选取采样点进行稳态仿真计算，得到采样点车速下散热器和冷凝器进风量平均值。
优选的是，
选用4次多项式进行拟合，得到车速与冷凝器的进风量关系式：
f(xal)＝pl1x^4+pl2x^3+pl3x^2+pl4x+pl5，
其中，pl1＝3.321e-09、pl2＝-6.776e-07、pl3＝-7.608e-07，pl4＝0.001228、pl5＝-0.516；
车速与散热器的进风量关系式为：
f(xas)＝ps1x^4+ps2x^3+ps3x^2+ps4x+ps5，
其中，ps1＝5.328e-10、ps2＝-1.974e-07、ps3＝3.351e-05，ps4＝0.0002911、ps5＝0.1636。
优选的是，
在最低车速为10kph，最高车速为110kph条件下，选取测试点带入上述关系式中计算测试点的进风量，对测试点进行稳态仿真计算，经过误差对比后，确定上述关系式为精准关系式。
本发明所述的有益效果：本发明提供的用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，与特定车速稳态计算及瞬态计算相比，本发明即可实现瞬态行驶工况换热器模块进风量的预测，又可大大降低计算量及计算时长，可为一维热管理性能仿真提供瞬态行驶工况下换热器进风量输入，且满足工程开发时间节点的要求。
附图说明
图1为本发明所述的瞬态行驶工况换热器模块进风量计算技术路线图。
图2为本发明所述的车速与散热器进风量关系拟合图。
图3为本发明所述的车速与冷凝器进风量关系拟合图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-3所示，本发明提供一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，通过将瞬态过程离散成多个稳态计算过程，找到车速与换热器模块进风量的对应关系，从而预测瞬态行驶工况下，换热器模块的进风量，具体包括：
在瞬态行驶工况下，确定采样点ai，对各采样点ai进行稳态仿真计算，输出在各采样点ai进风量平均值Q1；
将所述采样点的车速
Figure GDA0003515821100000031
与对应的进风量
Figure GDA0003515821100000032
进行拟合，得到车速与进风量的关系式
Figure GDA0003515821100000033
选取测试点bi，将测试点bi带入所述关系式
Figure GDA0003515821100000034
中，得到测试点计算进风量的统计平均值Q2；对测试点bi进行稳态仿真计算，得到测试点仿真进风量平均值Q2b；
当
Figure GDA0003515821100000041
时，确定
Figure GDA0003515821100000042
为精准关系式；
当
Figure GDA0003515821100000043
时，重新规划采样点；
将瞬态行驶工况下的车速导入精准关系式，得到瞬态工况下机舱换热器进风量的关系曲线；
其中，机舱换热器进风量包括：散热器的进风量和冷凝器的进风量。
其中，进风量平均值为进风量计算稳定段的统计平均值。
对瞬态行驶工况进行最高车速及最低车速识别，以最低车速作为第一个样本点、最高车速作为最后一个样本点，中间每隔20kph确定为一个样本点。
对采样点ai应用starccm+软件进行流场稳态计算，入口条件选取各测试点车速，出口为压力，设置机舱换热器进风量统计监测曲线，仿真计算后输出各采样点车速下换热器模块进风量的统计平均值Q1，其中，starccm+软件为2020.1.1版本，在windows10系统运行。
应用Matalab软件，选用4次多项式对车速与换热器模块进风量关系进行数据拟合，输出拟合关系式
Figure GDA0003515821100000044
其中，Matalab软件为2017b版本，在Windows10系统运行。
选取采样点以外的测试点车速带入公式进行换热器模块进风量计算，输出测试点公式计算换热器模进风量Q2。
选取样本点以外的测试点车速bi进行稳态仿真计算，入口条件选取各测试点车速bi，出口为压力，设置换热器模块进风量统计监测曲线，仿真计算后输出测试点稳态仿真计算换热器模块进风量的统计平均值Q2b。
如图1所示，将测试点公式计算得到的换热器模块进风量Q2与测试点稳态仿真计算换热器模块进风量Q2b进行对比，若误差小于1.5％，则输出精准车速与换热器模块进风量关系式。若误差大于1.5％，则重新规划样本点，中间每隔15kph确定为一个样本点，重复上述过程。直至，测试点公式计算换热器进风量与测试点稳态仿真计算换热器进风量对比，误差小于1.5％为止。
实施例
如图2-3所示，在瞬态行驶工况时间为1800s，最低车速为0kph，最高车速为120kph条件下，选取0kph/20kph/40kph/60kph/80kph/100kph/120kph作为采样点车速进行稳态仿真计算，其中，对采样点应用ai应用starccm+软件(2020.1.1版本)在Windows10系统运行进行流场稳态计算，物理模型选取Three dimensional、Steady、Gas、Segragated Flow、Turbulent、Reynalds-Averaged Navies-Stokes、K-Epsilon Turbulence、Realizable K-Epsilon Turbulence、Two-Layer All y+wall Treatment。车身造型面及底部外表面边界类型为Wall，入口条件选取各测试点车速，出口压力设置为0pa，设置机舱换热器进风量统计监测曲线，仿真计算后输出各采样点车速下换热器模块进风量平均值，应用Matalab软件(2017b版本)在Windows10系统运行，选用4次多项式对车速与换热器模块进风量关系进行数据拟合，得到车速与散热器及冷凝器进风量的关系式：
车速与冷凝器的进风量关系式：
f(xal)＝pl1x^4+pl2x^3+pl3x^2+pl4x+pl5，
其中，pl1＝3.321e-09、pl2＝-6.776e-07、pl3＝-7.608e-07，pl4＝0.001228、pl5＝-0.516；
车速与散热器的进风量关系式为：
f(xas)＝ps1x^4+ps2x^3+ps3x^2+ps4x+ps5，
其中，ps1＝5.328e-10、ps2＝-1.974e-07、ps3＝3.351e-05，ps4＝0.0002911、ps5＝0.1636。
选取样本点以外的测试点10kph/30kph/50kph/70kph/90kph/110kph车速进行测试，测试点公式计算结果与稳态仿真计算结果相比，散热器进风量误差为分别为0.11％/0.08％/0.105％0.13％/0.14％0.09％，冷凝器进风量误差为0.29％/0.36％/0.31％0.34％/0.28％/0.32％，满足误差小于1.5％的要求，可以用于瞬态行驶工况换热器模块进风量预测。
将瞬态行驶工况随时间变化的车速导入精准的车速与换热器模块进风量关系式，即可得到随时间变化的换热器模块进风量关系曲线。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，其特征在于，包括：
在瞬态行驶工况下，确定采样点ai，对各采样点ai进行稳态仿真计算，输出各采样点ai仿真进风量平均值Q1；
将所述采样点ai与对应的进风量平均值Q1进行拟合，得到车速与进风量的关系式
Figure FDA0003515821090000011
选取测试点bi，将测试点bi带入所述关系式
Figure FDA0003515821090000012
中，得到测试点计算进风量的统计平均值Q2；对测试点bi进行稳态仿真计算，得到测试点仿真进风量平均值Q2b；
当
Figure FDA0003515821090000013
时，确定
Figure FDA0003515821090000014
为精准关系式；
当
Figure FDA0003515821090000015
时，重新规划采样点ai；
将瞬态行驶工况下的车速导入确定的精准关系式，得到瞬态工况下机舱换热器进风量的关系曲线；
其中，机舱换热器进风量包括：散热器的进风量和冷凝器的进风量。
2.根据权利要求1所述的用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，其特征在于，所述采样点的确定过程包括：
在瞬态行驶工况下，识别出最高车速和最低车速，以最低车速作为第一个采样点，最高车速作为最后一个采样点，中间每隔20kph确定为一个采样点；
当重新规划样本点时，减小样本点间隔，每隔15kph确定为一个样本点。
3.根据权利要求2所述的用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，其特征在于，还包括：
在瞬态行驶工况时间为1800s，最低车速为0kph，最高车速为120kph条件下，选取采样点进行稳态仿真计算，得到采样点车速下散热器和冷凝器进风量平均值。
4.根据权利要求3所述的用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，其特征在于，
选用4次多项式进行拟合，得到车速与冷凝器的进风量关系式：
f(xal)＝pl1x^4+pl2x^3+pl3x^2+pl4x+pl5，
其中，pl1＝3.321e-09、pl2＝-6.776e-07、pl3＝-7.608e-07，pl4＝0.001228、pl5＝-0.516；
车速与散热器的进风量关系式为：
f(xas)＝ps1x^4+ps2x^3+ps3x^2+ps4x+ps5，
其中，ps1＝5.328e-10、ps2＝-1.974e-07、ps3＝3.351e-05，ps4＝0.0002911、ps5＝0.1636。
5.根据权利要求4所述的用于瞬态行驶工况下机舱换热器进风量的仿真计算方法，其特征在于，
在最低车速为10kph，最高车速为110kph条件下，选取测试点带入上述关系式中计算测试点的进风量，对测试点进行稳态仿真计算，经过误差对比后，确定上述关系式为精准关系式。
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