CN113297678A - 一种整车冷却系统的匹配设计方法、装置和计算机设备 - Google Patents

一种整车冷却系统的匹配设计方法、装置和计算机设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种整车冷却系统的匹配设计方法、装置和计算机设备。该方法包括：获取发动机性能试验过程中产生的试验数据。根据试验数据所确定的散热部件的散热量、散热面积，确定传热系数。基于传热系数和预设的气阻和水阻，确定散热部件的翅片结构、管型。根据散热部件的翅片结构、管型、性能参数和结构参数，构建三维仿真模型；根据整车冷却系统三维点位和性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；基于三维仿真模型进行冷流场模拟，确定散热部件表面产生的风量和温度分布。将风量和温度分布带入整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却性能的计算，并在所得的整车冷却性能结果满足预设条件时，基于对应的整车一维冷却仿真模型，进行匹配设计。

Description

一种整车冷却系统的匹配设计方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，特别是涉及一种整车冷却系统的设计匹配方法、装置和计算机设备。
背景技术
冷却系统是商用车的重要组成部分，其性能决定了车辆燃油经济性、动力性及可靠性。当发动机的温度过高时，容易造成发动机气缸充气系数下降、空燃比失调以及润滑油变质，甚至烧损。为了满足整车发动机的散热需求，冷却系统的设计匹配成为关注的焦点。随着三维及一维仿真技术的发展，出现了利用三维及一维仿真方法，基于已有冷却部件的特性，进行整车冷却系统的设计匹配。然而，现有的设计匹配方法，虽然能够帮助提高冷却系统的设计效率，但是现有的设计匹配方法是基于已有的冷却部件进行的匹配设计，缺乏可靠的正向匹配设计，因此，其仍然存在发动机冷却匹配效率低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高发动机冷却匹配效率的整车冷却系统的设计匹配方法、装置和计算机设备。
一种整车冷却系统的匹配设计方法，所述方法包括：
获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
一种整车冷却系统的匹配设计装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
三维建模模块，用于基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
一维建模模块，用于根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
仿真计算模块，用于基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
匹配模块，用于将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
上述整车冷却系统的设计匹配方法、装置、计算机设备和存储介质，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据进行散热部件的目标传热系数的正向设计，并基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，以使得后续基于散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建的三维仿真模型、以及整车一维冷却仿真模型能够与实际散热需求相匹配，使得通过整车一维冷却仿真模型得到的整车冷却性能结果更加精确，有效提升了整车冷却匹配效率与精度。相比于现有技术，在无需提前制作散热部件的样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
附图说明
图1为一个实施例中整车冷却系统的设计匹配方法的应用环境图；
图2为一个实施例中整车冷却系统的设计匹配方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中实施整车冷却系统的设计匹配方法的流程示意图；
图4为一个实施例中整车冷却系统的设计匹配装置的结构框图；
图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的整车冷却系统的匹配设计方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，发动机试验台架102通过网络与计算机设备104进行通信。在通过计算机设备进行整车冷却系统的匹配设计时，首先，由计算机设备104获取经由发动机试验台架102传输的发动机性能试验过程中产生的试验数据，该试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积。接着，由计算机设备104根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数。接着，再由计算机设备104基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，并根据散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型。接着，由计算机设备104根据预设的整车冷却系统三维点位以及散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型。接着，再由计算机设备104基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算。最后，由计算机设备104将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，再由计算机设备104基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
其中，计算机设备104可以为终端或服务器，且，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种整车冷却系统的匹配设计方法，以该方法应用于图1中的计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S202，获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积。
具体地，由计算机设备获取经由发动机试验台架传输的发动机性能试验过程中产生的试验数据。其中，发动机试验台架是一种用于工程与技术科学基础学科领域的物理性能测试仪器，其主要用于对发动机的性能进行测试。
在一个实施例中，散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器。当前实施例中，由计算机设备根据获取到的试验数据，确定中冷器以及散热器分别对应的散热量。比如，针对功率点(1900r/min)的中冷器，在其进气量为1500kg/h，且进气温度为166℃时，中冷器的散热量为52.3kW，散热器的散热量为114kW，冷却液流量为23.1kg/m3。
上述实施例中，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据确定散热部件的散热量、结构参数和散热面积，为后续确定散热部件的目标传热系数以及三维建模提供了良好的数据基础，保证了后续匹配的准确程度。
步骤S204，根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数。
具体的，根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数，包括：按照下述计算公式确定散热部件的目标传热系数K：
Q＝K×A×(tw-ta)； (1)
Figure BDA0003119160420000071
其中，Q为散热部件的散热量，A为散热面积，tw1为空气流入散热部件产生的高温水温度，tw2为经由散热部件流出的散热后的水的温度，ta1为流入散热部件的冷流体的温度，ta2为冷流体吸热后所达到的温度。
在其中一个实施例中，在散热部件中包括中冷器和内部设有风扇的散热器时，由上述公式(1)和(2)得到的中冷器在风速为8m/s的条件下，其传热系数为220kJ/m2·h·℃，散热器的传热系数为540kJ/m2·h·℃。
上述实施例中，基于散热部件的实际散热需求，确定散热部件的目标传热系数，为后续确定散热部件的翅片结构和管型提供了精准设计基础，并使得匹配结果更加精确。
步骤S206，基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，并根据散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型。
具体的，基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，包括：获取设计参数，并以设计参数作为优化变量，且以获得目标传热系数为优化目标；设计参数包括波距、波高、翅片角度和翅片厚度；基于预设的第一取值规则对设计参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的设计参数所确定的传热系数趋近于目标传热系数时，则基于当前调整过程中的设计参数确定散热部件的翅片结构；根据所需达到的目标气阻确定管型参数，管型参数包括水管的长度和宽度；以管型参数为优化变量，且以获得目标水阻为优化目标，基于预设的第二取值规则对管型参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的管型参数所确定的水阻趋近于目标水阻时，则基于当前调整过程中的管型参数确定散热部件的管型。
在其中一个实施例中，基于得到的散热部件的目标传热系数，通过DOE(DESIGN OFEXPERIMENT，试验设计)及CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)三维仿真方法确定散热部件的翅片结构与管型。在一个实施例中，基于从模型库中选取的初始翅片结构与初始管型，并利用DOE优化方法及CFD三维仿真方法，以该初始翅片结构与初始管型为优化基础，经过多次的迭代优化，得到满足目标传热系数的翅片结构及管型。其中：
(a1)在对初始翅片结构进行优化设计的时候，需要遵循以下优化步骤：
获取初始翅片结构对应的波距pf、波高b、翅片角度θ和翅片厚度δ，并以上述确定的各项设计参数为优化变量，以目标传热系数为优化目标，在不同的迭代优化过程中，基于预设的第一取值规则(例如，按照叠加固定步长的方式，进行取值的更新)改变优化变量的取值，经多次迭代优化之后，最终得到满足于目标传热系数的翅片结构。在一个实施例中，基于DOE优化方法确定以散热带波距为5mm、波高为12mm、开窗角度(即翅片角度)为15°和厚度(即翅片厚度)为0.45mm的设计标准，确定散热部件的翅片结构。在一个实施例中，DOE优化方法中散热部件的散热性能响应可以通过优化变量的回归模型进行表示：
Figure BDA0003119160420000081
其中，Y为传热系数对应的响应值，xi为带入回归模型的多个优化变量，N为优化变量的总个数，ε为误差值，μ为常数，
Figure BDA0003119160420000082
为优化变量的主效应，
Figure BDA0003119160420000083
为优化变量的交叉效应。其中，优化变量的主效应及优化变量对传热系数响应的贡献度表示为：
Figure BDA0003119160420000084
Figure BDA0003119160420000085
其中，γi为通过最小二乘法得到的优化变量的主效应系数，
Figure BDA0003119160420000086
为优化变量为传热系数响应的贡献度。
(a2)在对初始管型进行优化设计的时候，遵循以下优化规则：
以基于预设的目标气阻所确定的水管长度和水管宽度为优化变量，以所需达到的目标水阻为优化目标，利用DOE优化方法对优化变量的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的优化变量所确定的水阻趋近于目标水阻时，则基于当前调整过程中的优化变量确定散热部件的管型。在一个实施例中，在确定了水管长度和水管宽度时，即可根据当前所确定的水管长度和水管宽度从已有模型库中进行管型参数的选定，示例性的，选定的管型参数包括：散热带条数为37、管子数为36以及管型为50×8类型。
上述实施例中，利用DOE优化方法及CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)三维仿真方法，对散热部件的翅片结构和管型进行优化仿真，通过优化计算，以将系统误差控制在一定范围以内，满足了设计要求。
步骤S208，根据预设的整车冷却系统三维点位以及散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型。
具体的，当确定了散热部件的翅片结构和管型时，针对应用该翅片结构和管型的散热部件，即可由计算机设备采用CFD三维仿真方法计算该散热部件的宏观散热性能，即可得到散热部件的散热性能参数。在确定散热部件的散热性能参数时，由计算机设备基于预设的整车冷却系统三维点位，在相应的仿真软件中进行整车一维冷却仿真模型的建模。
在其中一个实施例中，由计算机设备根据预设的整车冷却系统三维点位，在汽车热管理仿真软件中建立整车一维冷却仿真模型，并且，在建模的过程中，根据汽车热管理仿真软件自身的要求以及整车仿真条件，必须分别输入四组不同的建模参数到汽车热管理仿真软件，由汽车热管理仿真软件根据输入的四组不同的建模参数，进行整车一维冷却仿真模型的建立；其中，建模参数包括风速V、风阻Pwater、水流量Qwater、水阻Pwater、散热量Q、水侧进口温度参数twin、水侧出口温度参数twou、空气侧进口温度参数tain、以及空气侧出口温度参数taout。
上述实施例中，基于汽车热管理仿真软件进行整车一维冷却仿真模型的建立，有效地帮助用户进行系统组件的设置和建模控制策略的设定，以此达到优化车辆的性能，舒适性和操作可靠性的目的。
步骤S210，基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算。
具体的，首先，将由计算机设备基于CFD软件进行冷流场的模拟，通过多次的迭代仿真，计算得到散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。接着，再由计算机设备将得到的目标风量以及目标温度分布带入先前建立好的整车一维冷却仿真模型中，基于标定优化方法，以阻力系数为优化变量，以获得目标风量为优化目标，通过多次的迭代优化，进行最优阻力系数的优化计算，且，在得到相应的最优阻力系数时，基于该最优阻力系数进行热流场参数的设定，最终，由计算机设备根据设定的热流场参数以及目标温度分布，进行整车冷却性能的计算。
在其中一个实施例中，依据CFD软件迭代仿真得到的中冷器表面的进风量为3.47kg/s，中冷器表面的进风温度为35℃，散热器表面的进风量为3.78kg/s，散热器表面的进风温度为47℃。在一个实施例中，由计算机设备将目标风量以及目标温度分布输入到CFD软件时，通过CFD软件进行阻力系数的初始值的设定，并以中冷器进风量为3.47kg/s与散热器进风量为3.78kg/s为目标值进行标定优化计算，直至芯体的风量标定值与三维计算值之间的误差小于一定值(例如，2％)时，方可认为当前已完成了对阻力系数的标定。之后，即可由计算机设备根据标定的阻力系数，进行热流场参数的设定；需要说明的是，热流场参数包括散热器散热量114kW、冷却液流量23.1m3/h、中冷器进气量1500kg/m3和进气温度166℃等参数。最后，基于上述得到的各项热流场参数以及输入的目标温度分布，再通过CFD软件进行整车冷却性能的计算，得到结果如表1所示。其中，“分析结果”一栏中示意的即为通过CFD软件仿真得到的性能结果，即经分析所确定的液气温差为59.2℃，中冷气气温差为23.5℃。由该表1可知，在已知设计值的情况下，当前实施例中分析所得的分析结果均满足预设的设计值。
表1
Figure BDA0003119160420000101
Figure BDA0003119160420000111
上述实施例中，基于搭建的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却性能的仿真计算，通过设置相应的阻力系数，且以散热部件的表面进风量为目标值，通过标定散热部件的表面进风量，使标定得到的表面进风量与三维计算中的结果误差控制在一定范围内，在无需提前制作散热部件样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
步骤S212，将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
其中，整车热平衡测试即为在模拟的空间热环境中使发动机按照实际的运行状态吸收和排散热量，以对热设计进行验证的一种测试方法。
具体的，由计算机设备根据《GB/T 12542-2020汽车热平衡能力道路试验方法》进行整车热平衡测试，并基于当前测试得到的性能测试结果验证步骤S210中仿真得到的整车冷却性能结果是否达到设计要求。
在一个实施例中，由计算机设备将基于整车热平衡测试得到的实验值，以及通过整车一维冷却仿真模型得到的分析结果分类汇总在表格中，并通过相应的显示设备进行结果显示，显示结果如下表2所示：
表2
类别 分析结果 试验值
液气温差 59.2 58
中冷气气温差 23.5 ≤21.3
上述实施例中，基于整车热平衡测试得到的实验值进一步验证仿真结果的正确性，提高了发动机冷却匹配效率。
上述整车冷却系统的匹配设计方法中，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据进行散热部件的目标传热系数的正向设计，并基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，以使得后续基于散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建的三维仿真模型、以及整车一维冷却仿真模型能够与实际散热需求相匹配，使得通过整车一维冷却仿真模型得到的整车冷却性能结果更加精确，有效提升了整车冷却匹配效率与精度。相比于现有技术，在无需提前制作散热部件的样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
在一个实施例中，散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器，散热部件的结构参数包括迎风面积、风扇面积、散热部件的长度、宽度和厚度，其中：迎风面积根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况所确定；散热部件的长度和宽度根据迎风面积所确定；散热部件的厚度根据散热部件所属的型号所确定；风扇面积根据迎风面积和风扇速比所确定。
具体的，由计算机设备根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况，确定散热部件的迎风面积，并可根据迎风面积确定散热部件的长度和宽度。其中，整车的实际离地间隙即为在车辆满载、静止时，汽车除车轮之外的最低点与支撑平面之间的距离，用于表征汽车无碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。整车中各部件的实际布置情况可以根据整车总布置设计的原则、规定及应满足的有关法规等进行确定。在一个实施例中，根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况所确定的中冷器的迎风面积为0.43m2，其长、宽和厚度分别为0.73m、0.59，0.05m，散热器的迎风面积为0.56m2，其长、宽和厚度分别为0.7m、0.8m和0.052m，需要说明的是，中冷器和散热器的厚度均可根据所属的型号进行确定。
在一个实施例中，由计算机设备根据下述公式计算风扇直径：
Figure BDA0003119160420000121
其中，dfan为风扇直径，Srad为散热部件的迎风面积，i为风扇速比。之后，在由计算机设备根据计算得到的风扇直径时候，可以根据风扇的外形，通过既定的风扇面积计算公式，进一步计算得到风扇面积。示例性的，当风扇的外形呈圆形时，由计算机设备将得到的风扇直径带入圆面积计算公式中，即可得到相应的风扇面积；当风扇的外形呈正方形时，由计算机设备将得到的风扇直径带入正方形面积计算公式中，即可得到相应的风扇面积。在一个具体的实施例中，在风扇速比i为1.2时，将当前所确定的风扇速比i带入上述的公式(6)，对应得到的风扇直径为0.704m，且，当风扇的外形呈正方形时，当前实施例中，即可根据正方形面积计算公式，计算得到的风扇面积为1.2m2。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型；基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，包括：基于各几何模型分别对应的实际尺寸，分别对各几何模型进行面网格的划分，以使得各几何模型的模拟尺寸与对应的实际尺寸相适应，并得到相应的面网格模型；分别对各面网格模型进行体网格划分以及建模参数的设置，以建立相应的体网格模型；基于体网格模型进行冷流场的模拟，模拟过程中基于计算流体动力学方式，对体网格模型进行三维模拟计算，以确定散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。
具体的，所述散热器几何模型、中冷器几何模型和冷凝器几何模型均由多孔介质模型模拟所得，所述风扇旋转域几何模型由多重参考系模型模拟所得；针对所述多孔介质模型，所需设置的建模参数包括多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数；针对所述多重参考系模型，所需设置的建模参数包括风扇转速。
在进行面网格划分的时候，在其中一个实施例中，由计算机设备将相应的建模参数输入到Hypermesh-有限元分析软件中进行几何模型的建立，其中，在进行面网格划分的时候，根据各几何模型分别对应的实际尺寸，对各几何模型的建模尺寸进行调整，以保证建立的模型与实物之间的一致性。示例性的，在执行面网格划分处理之后，散热部件的网格尺寸将统一设为3mm，发动机及其附件的网格尺寸将统一设为10mm，其余模型的网格尺寸将统一设为20mm。
在进行体网格划分的时候，在其中一个实施例中，在面网格划分完毕后，将由计算机设备导出整车网格nas格式模型，该整车网格nas格式模型将导入Star-ccm+软件(通用计算流体力学-CFD分析软件)中，进行体网格的划分及参数设置。需要说明的是，散热器芯体模型、中冷器芯体模型和冷凝器芯体模型将采用多孔介质模型代替，所需设置的参数包括多孔介质的惯性阻力系数和粘性阻力系数；风扇芯体模型则利用MRF仿真模型-多重参考系模型代替，所需设置的参数包括风扇转速。经由Star-ccm+软件进行多次迭代仿真计算之后，将得到散热器及中冷器表面的进风量及温度分布。在一个实施例中，经由Star-ccm+软件计算得到的中冷器表面的进风量为3.47kg/s，其进风温度为35℃，散热器表面的进风量为3.78kg/s，其进风温度为47℃。
需要说明的是，在建立体网格模型之前，可以选择对已建立的各个几何模型进行简化，以清理模型中存在的多余螺栓，以及直径小于7mm的线束和管路等，并修补破损的关键面及进气格栅，以保证建模数据的准确性。
上述实施例提出了一种完全依靠仿真优化计算，对发动机冷却系统进行设计匹配的流程，该流程无需提前进行冷却系统的台架性能试验，节省了时间及成本，且设计精度较高，是一种完全正向开发的方法。
在一个实施例中，将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算，包括：获取整车仿真条件，并基于整车仿真条件对整车一维冷却仿真模型的仿真环境进行搭建；整车仿真条件包括车速、发动机转速和环境温度中的至少一种条件；在仿真环境搭建完成时，将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；仿真计算的过程中，以阻力系数为优化变量，以目标风量为优化目标，基于预设的第三取值规则对阻力系数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的阻力系数所确定的风量趋近于目标风量时，则基于当前调整过程中的阻力系数以及目标温度分布进行整车冷却性能的仿真计算。
具体的，整车仿真条件即为发动机性能试验过程中对应的实验环境，包括车速、发动机转速和环境温度。由计算机设备基于获取到的整车仿真条件进行仿真环境的搭建，以使得基于构建的三维和一维仿真模型，能够得到与发动机性能试验环境相匹配的发动机冷却系统特性，达到快速准确的评价整车冷却性能的技术效果。
在其中一个实施例中，经由计算机设备获取的整车仿真条件包括：车速20km/h、发动机转速1900r/min和环境温度30℃。接着，在设定中冷器及散热器的阻力系数时，以中冷器表面进风量3.47kg/s与散热器表面进风量3.78kg/s为目标值进行标定优化计算，直至得到的风量标定值与三维计算值之间的误差小于2％(当前，误差值也可以取为1％等，本申请实施例对比限定)时，方可认为风量标定完成。此时根据标定风量所对应的阻力系数，设定热流场参数，即散热器散热量114kW、冷却液流量23.1m3/h、中冷器进气量1500kg/m3、进气温度166℃等参数。由计算机设备基于设定的热流场参数，进行整车冷却性能的仿真计算，得到相应的液气温差和中冷气气温差等。
请参考图3，其为实施整车冷却系统的设计匹配方法的流程示意图，包括以下步骤：
(b1)根据发动机性能试验中生成的试验数据，确定各部件分别对应的热量输入。其中，针对该发动机，通过查询试验数据，即可确定在功率点为1900r/min的中冷系统的进气量为1500kg/h，其进气温度为166℃，其散热量为52.3kW，水套散热系统的散热量为114kW，冷却液流量为23.1kg/m3。
(b2)根据实车发动机舱的三维布置空间，设计中冷器、散热器及风扇对应的几何参数。该几何参数主要由中冷器及散热器的迎风面积长、宽、厚度及散热面积所组成。其中，根据实车离地间隙及部件布置要求，确定中冷器的迎风面积为0.43m2，其长、宽和厚度分别为0.73m、0.59和0.05m，散热器的迎风面积为0.56m2，其长、宽和厚度分别为0.7m、0.8m和0.052m。
(b3)由中冷器及散热器的散热量、散热面积及散热过程中产生的温度差，分别确定中冷器及散热器所对应的传热系数。
(b4)基于步骤(b3)得到的中冷器及散热器所对应的传热系数，通过DOE及CFD三维仿真方法确定中冷器及散热器的翅片结构与管型。具体做法为，从模型库中选取已有的散热翅片及管型，利用DOE及CFD三维仿真方法，仿真得到满足于步骤(b3)中得到的传热系数的翅片及管型。其中，在翅片设计的过程中，以波距、波高、翅片角度、翅片厚度为优化变量，以传热系数为优化目标，通过改变优化变量的取值，并利用DOE三维仿真方法，得到满足优化目标的设计变量。水管尺寸及气管尺寸以气阻与水阻为优化目标，且，以水管长度、宽度为设计变量，利用DOE三维仿真方法确定管型参数。
其中，在一个实施例中，基于以上三维仿真方法，得到的中冷器翅片参数包括：散热带波距为5mm，波高为12mm，开窗角度为15°，厚度为0.45mm，散热带的条数为37，管子数为36，以及管型为50×8类型。
接着，按照上述三维仿真方法得到的翅片及管型，将其组合为整体中冷器及散热器。采用CFD方法计算中冷器及散热器的宏观散热性能，得到部件的性能参数，其中，得到的性能参数将为步骤(b5)提供数据支持。
(b5)建立整车冷却系统三维模型，采用三维CFD方法仿真冷流场。将设计完成的散热部件三维及整车stp模型导入Hypermesh软件，利用该软件对整车模型进行简化，建立散热器、中冷器、冷凝器及风扇旋转域几何模型，各芯体尺寸根据实际尺寸建立，保证模型与实物一致。清理模型多余的螺栓及直径小于7mm的线束、管路，修补破损的关键面及进气格栅；将处理完毕的整车模型进行面网格划分，风扇等冷却部件网格尺寸为3mm，发动机及附件网格尺寸为10mm，其余模型尺寸为20mm。网格划分完毕后，导出整车网格nas格式模型，将该网格模型导入Star-ccm+中进行体网格划分及参数设置，散热器、中冷器、冷凝器芯体模型采用多孔介质模型代替，设定多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数，该参数来源于步骤(b4)得到的冷却部件仿真性能数据，风扇区域利用MRF仿真模型，迭代仿真计算得到散热器及中冷器表面风量及温度分布，根据三维计算，中冷器表面进风量为3.47kg/s，进风温度为35℃，散热器进风量为3.78kg/s，进风温度为47℃。
(b6)一维仿真。根据整车冷却系统三维点位，在KULI软件中建立整车一维冷却仿真模型，根据中冷器及散热器仿真数据，分别输入中冷器及散热器芯体散热性能参数，输入的参数必须包括至少四组不同的风速、风阻、水流量、水阻、散热量、水侧进出口温度，空气侧进出口温度参数。
(b7)风量标定及温度计算。将三维模型计算的中冷器及散热器冷却风量同时带入一维模型进行冷却侧标定。标定时，输入整车仿真条件，即车速20km/h、发动机转速1900r/min、环境温度30℃。此时，设定中冷器及散热器阻力系数，以其进风量3.47kg/s与3.78kg/s为目标值进行标定优化计算，直至芯体的风量标定值与三维计算值误差小于2％方可认为标定完成。根据标定的阻力系数，设定热流场参数，即散热器散热量114kW、冷却液流量23.1m3/h、中冷器进气量1500kg/m3、进气温度166℃等参数，计算整车冷却性能。
(b8)进行整车热平衡测试，验证设计结论，根据《GB/T 12542-2020汽车热平衡能力道路试验方法》进行整车热平衡测试，验证仿真结果。
应该理解的是，虽然图2-3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种整车冷却系统的匹配设计装置400，包括：获取模块401、第一计算模块402、三维建模模块403、一维建模模块404、第二计算模块405和匹配模块406，其中：
获取模块401用于获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积。
第一计算模块402用于根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数。
三维建模模块403用于基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，并根据散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型。
一维建模模块404用于根据预设的整车冷却系统三维点位以及散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型。
第二计算模块405用于基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算。
匹配模块406用于将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
在一个实施例中，散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器，散热部件的结构参数包括迎风面积、风扇面积、散热部件的长度、宽度和厚度，其中，获取模块401还用于根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况确定迎风面积；以及，根据迎风面积确定散热部件的长度和宽度；以及，根据散热部件所属的型号确定散热部件的厚度；以及，根据迎风面积和风扇速比确定风扇面积。
在一个实施例中，第一计算模块402还用于按照下述计算公式确定散热部件的目标传热系数K：
Q＝K×A×(tw-ta)；
Figure BDA0003119160420000181
其中，Q为散热部件的散热量，A为散热面积，tw1为空气流入散热部件产生的高温水温度，tw2为经由散热部件流出的散热后的水的温度，ta1为流入散热部件的冷流体的温度，ta2为冷流体吸热后所达到的温度。
在一个实施例中，三维建模模块403还用于获取设计参数，并以设计参数作为优化变量，且以获得目标传热系数为优化目标；设计参数包括波距、波高、翅片角度和翅片厚度；基于预设的第一取值规则对设计参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的设计参数所确定的传热系数趋近于目标传热系数时，则基于当前调整过程中的设计参数确定散热部件的翅片结构；根据所需达到的目标气阻确定管型参数，管型参数包括水管的长度和宽度；以管型参数为优化变量，且以获得目标水阻为优化目标，基于预设的第二取值规则对管型参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的管型参数所确定的水阻趋近于目标水阻时，则基于当前调整过程中的管型参数确定散热部件的管型。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型；第二计算模块405还用于基于各几何模型分别对应的实际尺寸，分别对各几何模型进行面网格的划分，以使得各几何模型的模拟尺寸与对应的实际尺寸相适应，并得到相应的面网格模型；分别对各面网格模型进行体网格划分以及建模参数的设置，以建立相应的体网格模型；基于体网格模型进行冷流场的模拟，模拟过程中基于计算流体动力学方式，对体网格模型进行三维模拟计算，以确定散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。
在一个实施例中，第二计算模块405还用于由多孔介质模型模拟得到散热器几何模型、中冷器几何模型和冷凝器几何模型，以及，由多重参考系模型模拟得到风扇旋转域几何模型；其中，针对多孔介质模型，所需设置的建模参数包括多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数；针对多重参考系模型，所需设置的建模参数包括风扇转速。
在一个实施例中，第二计算模块405还用于获取整车仿真条件，并基于整车仿真条件对整车一维冷却仿真模型的仿真环境进行搭建；整车仿真条件包括车速、发动机转速和环境温度中的至少一种条件；在仿真环境搭建完成时，将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；仿真计算的过程中，以阻力系数为优化变量，以目标风量为优化目标，基于预设的第三取值规则对阻力系数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的阻力系数所确定的风量趋近于目标风量时，则基于当前调整过程中的阻力系数以及目标温度分布进行整车冷却性能的仿真计算。
上述的整车冷却系统的匹配设计装置，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据进行散热部件的目标传热系数的正向设计，并基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，以使得后续基于散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建的三维仿真模型、以及整车一维冷却仿真模型能够与实际散热需求相匹配，使得通过整车一维冷却仿真模型得到的整车冷却性能结果更加精确，有效提升了整车冷却匹配效率与精度。相比于现有技术，在无需提前制作散热部件的样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
关于整车冷却系统的匹配设计装置的具体限定可以参见上文中对于整车冷却系统的匹配设计方法的限定，在此不再赘述。上述整车冷却系统的匹配设计装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和通信接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种整车冷却系统的匹配设计方法。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数；基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，并根据散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；根据预设的整车冷却系统三维点位以及散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
在一个实施例中，散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器，散热部件的结构参数包括迎风面积、风扇面积、散热部件的长度、宽度和厚度，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况确定迎风面积；根据迎风面积确定散热部件的长度和宽度；根据散热部件所属的型号确定散热部件的厚度；根据迎风面积和风扇速比确定风扇面积。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：按照下述计算公式确定散热部件的目标传热系数K：
Q＝K×A×(tw-ta)；
Figure BDA0003119160420000211
其中，Q为散热部件的散热量，A为散热面积，tw1为空气流入散热部件产生的高温水温度，tw2为经由散热部件流出的散热后的水的温度，ta1为流入散热部件的冷流体的温度，ta2为冷流体吸热后所达到的温度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取设计参数，并以设计参数作为优化变量，且以获得目标传热系数为优化目标；设计参数包括波距、波高、翅片角度和翅片厚度；基于预设的第一取值规则对设计参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的设计参数所确定的传热系数趋近于目标传热系数时，则基于当前调整过程中的设计参数确定散热部件的翅片结构；根据所需达到的目标气阻确定管型参数，管型参数包括水管的长度和宽度；以管型参数为优化变量，且以获得目标水阻为优化目标，基于预设的第二取值规则对管型参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的管型参数所确定的水阻趋近于目标水阻时，则基于当前调整过程中的管型参数确定散热部件的管型。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于各几何模型分别对应的实际尺寸，分别对各几何模型进行面网格的划分，以使得各几何模型的模拟尺寸与对应的实际尺寸相适应，并得到相应的面网格模型；分别对各面网格模型进行体网格划分以及建模参数的设置，以建立相应的体网格模型；基于体网格模型进行冷流场的模拟，模拟过程中基于计算流体动力学方式，对体网格模型进行三维模拟计算，以确定散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过多孔介质模型模拟得到散热器几何模型、中冷器几何模型和冷凝器几何模型，通过多重参考系模型模拟得到风扇旋转域几何模型；其中，针对多孔介质模型，所需设置的建模参数包括多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数；针对多重参考系模型，所需设置的建模参数包括风扇转速。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取整车仿真条件，并基于整车仿真条件对整车一维冷却仿真模型的仿真环境进行搭建；整车仿真条件包括车速、发动机转速和环境温度中的至少一种条件；在仿真环境搭建完成时，将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；仿真计算的过程中，以阻力系数为优化变量，以目标风量为优化目标，基于预设的第三取值规则对阻力系数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的阻力系数所确定的风量趋近于目标风量时，则基于当前调整过程中的阻力系数以及目标温度分布进行整车冷却性能的仿真计算。
上述计算机设备，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据进行散热部件的目标传热系数的正向设计，并基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，以使得后续基于散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建的三维仿真模型、以及整车一维冷却仿真模型能够与实际散热需求相匹配，使得通过整车一维冷却仿真模型得到的整车冷却性能结果更加精确，有效提升了整车冷却匹配效率与精度。相比于现有技术，在无需提前制作散热部件的样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；根据散热部件的散热量、散热面积、空气流入散热部件产生的高温水温度、经由散热部件流出的散热后的水的温度、流入散热部件的冷流体的温度，以及冷流体吸热后所达到的温度，确定散热部件的目标传热系数；基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，并根据散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；根据预设的整车冷却系统三维点位以及散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；基于三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
在一个实施例中，散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器，散热部件的结构参数包括迎风面积、风扇面积、散热部件的长度、宽度和厚度，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况确定迎风面积；根据迎风面积确定散热部件的长度和宽度；根据散热部件所属的型号确定散热部件的厚度；根据迎风面积和风扇速比确定风扇面积。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：按照下述计算公式确定散热部件的目标传热系数K：
Q＝K×A×(tw-ta)；
Figure BDA0003119160420000241
其中，Q为散热部件的散热量，A为散热面积，tw1为空气流入散热部件产生的高温水温度，tw2为经由散热部件流出的散热后的水的温度，ta1为流入散热部件的冷流体的温度，ta2为冷流体吸热后所达到的温度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取设计参数，并以设计参数作为优化变量，且以获得目标传热系数为优化目标；设计参数包括波距、波高、翅片角度和翅片厚度；基于预设的第一取值规则对设计参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的设计参数所确定的传热系数趋近于目标传热系数时，则基于当前调整过程中的设计参数确定散热部件的翅片结构；根据所需达到的目标气阻确定管型参数，管型参数包括水管的长度和宽度；以管型参数为优化变量，且以获得目标水阻为优化目标，基于预设的第二取值规则对管型参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的管型参数所确定的水阻趋近于目标水阻时，则基于当前调整过程中的管型参数确定散热部件的管型。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：基于各几何模型分别对应的实际尺寸，分别对各几何模型进行面网格的划分，以使得各几何模型的模拟尺寸与对应的实际尺寸相适应，并得到相应的面网格模型；分别对各面网格模型进行体网格划分以及建模参数的设置，以建立相应的体网格模型；基于体网格模型进行冷流场的模拟，模拟过程中基于计算流体动力学方式，对体网格模型进行三维模拟计算，以确定散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。
在一个实施例中，三维仿真模型包括多个几何模型，几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过多孔介质模型模拟得到散热器几何模型、中冷器几何模型和冷凝器几何模型，通过多重参考系模型模拟得到风扇旋转域几何模型；其中，针对多孔介质模型，所需设置的建模参数包括多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数；针对多重参考系模型，所需设置的建模参数包括风扇转速。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取整车仿真条件，并基于整车仿真条件对整车一维冷却仿真模型的仿真环境进行搭建；整车仿真条件包括车速、发动机转速和环境温度中的至少一种条件；在仿真环境搭建完成时，将目标风量以及目标温度分布带入整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；仿真计算的过程中，以阻力系数为优化变量，以目标风量为优化目标，基于预设的第三取值规则对阻力系数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的阻力系数所确定的风量趋近于目标风量时，则基于当前调整过程中的阻力系数以及目标温度分布进行整车冷却性能的仿真计算。
上述存储介质，根据发动机性能试验过程中产生的试验数据进行散热部件的目标传热系数的正向设计，并基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定散热部件的翅片结构和管型，以使得后续基于散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建的三维仿真模型、以及整车一维冷却仿真模型能够与实际散热需求相匹配，使得通过整车一维冷却仿真模型得到的整车冷却性能结果更加精确，有效提升了整车冷却匹配效率与精度。相比于现有技术，在无需提前制作散热部件的样件的情况下，减少了设计成本，缩短了设计周期。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种整车冷却系统的匹配设计方法，其特征在于，所述方法包括：
获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散热部件包括中冷器和内部设有风扇的散热器，所述散热部件的结构参数包括迎风面积、风扇面积、散热部件的长度、宽度和厚度，其中：
所述迎风面积根据整车的实际离地间隙和整车中各部件的实际布置情况所确定；
所述散热部件的长度和宽度根据所述迎风面积所确定；
所述散热部件的厚度根据所述散热部件所属的型号所确定；
所述风扇面积根据所述迎风面积和风扇速比所确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数，包括：
按照下述计算公式确定所述散热部件的目标传热系数K：
Q＝K×A×(tw-ta)；
Figure FDA0003119160410000021
其中，Q为所述散热部件的散热量，A为散热面积，tw1为空气流入所述散热部件产生的高温水温度，tw2为经由所述散热部件流出的散热后的水的温度，ta1为流入所述散热部件的冷流体的温度，ta2为所述冷流体吸热后所达到的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，包括：
获取设计参数，并以所述设计参数作为优化变量，且以获得所述目标传热系数为优化目标；所述设计参数包括波距、波高、翅片角度和翅片厚度；
基于预设的第一取值规则对所述设计参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的设计参数所确定的传热系数趋近于所述目标传热系数时，则基于当前调整过程中的设计参数确定所述散热部件的翅片结构；
根据所需达到的目标气阻确定管型参数，所述管型参数包括水管的长度和宽度；
以所述管型参数为优化变量，且以获得所述目标水阻为优化目标，基于预设的第二取值规则对所述管型参数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的管型参数所确定的水阻趋近于所述目标水阻时，则基于当前调整过程中的管型参数确定所述散热部件的管型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维仿真模型包括多个几何模型，所述几何模型包括散热器几何模型、中冷器几何模型、冷凝器几何模型和风扇旋转域几何模型；
所述基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，包括：
基于各所述几何模型分别对应的实际尺寸，分别对各所述几何模型进行面网格的划分，以使得各所述几何模型的模拟尺寸与对应的实际尺寸相适应，并得到相应的面网格模型；
分别对各所述面网格模型进行体网格划分以及建模参数的设置，以建立相应的体网格模型；
基于所述体网格模型进行冷流场的模拟，模拟过程中基于计算流体动力学方式，对所述体网格模型进行三维模拟计算，以确定所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述散热器几何模型、中冷器几何模型和冷凝器几何模型均由多孔介质模型模拟所得，所述风扇旋转域几何模型由多重参考系模型模拟所得；针对所述多孔介质模型，所需设置的建模参数包括多孔介质的惯性阻力系数与粘性阻力系数；针对所述多重参考系模型，所需设置的建模参数包括风扇转速。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算，包括：
获取整车仿真条件，并基于所述整车仿真条件对所述整车一维冷却仿真模型的仿真环境进行搭建；所述整车仿真条件包括车速、发动机转速和环境温度中的至少一种条件；
在仿真环境搭建完成时，将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
仿真计算的过程中，以阻力系数为优化变量，以所述目标风量为优化目标，基于预设的第三取值规则对所述阻力系数的取值进行多次调整，直到相应调整过程中，根据调整后的阻力系数所确定的风量趋近于所述目标风量时，则基于当前调整过程中的阻力系数以及目标温度分布进行整车冷却性能的仿真计算。
8.一种整车冷却系统的匹配设计装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取发动机性能试验过程中产生的试验数据，所述试验数据包括散热部件的散热量、结构参数和散热面积；
第一计算模块，用于根据所述散热部件的散热量、散热面积、空气流入所述散热部件产生的高温水温度、经由所述散热部件流出的散热后的水的温度、流入所述散热部件的冷流体的温度，以及所述冷流体吸热后所达到的温度，确定所述散热部件的目标传热系数；
三维建模模块，用于基于目标传热系数以及所需达到的目标气阻和目标水阻，确定所述散热部件的翅片结构和管型，并根据所述散热部件的翅片结构、管型、散热性能参数以及结构参数，构建相应的三维仿真模型；
一维建模模块，用于根据预设的整车冷却系统三维点位以及所述散热部件的散热性能参数，建立整车一维冷却仿真模型；
第二计算模块，用于基于所述三维仿真模型进行冷流场的模拟，确定模拟过程中所述散热部件表面上对应产生的目标风量以及目标温度分布，并将所述目标风量以及目标温度分布带入所述整车一维冷却仿真模型中，进行整车冷却性能的仿真计算；
匹配模块，用于将计算得到的整车冷却性能结果与基于整车热平衡测试得到的性能测试结果进行匹配，并在匹配失败时，返回所述获取整车冷却系统性能试验过程中产生的试验数据步骤并继续执行，直到相应迭代过程中得到的整车冷却性能结果与测试得到的性能测试结果匹配成功时，基于当前迭代过程中所确定的整车一维冷却仿真模型，进行整车冷却系统的匹配设计。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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