Q/SZJ191001-2017前機艙熱管理CFD分析規(guī)范SpecificationofCFDAnalysisofUnderhoodThermalManagement20XX20XX-12-31實施20XX-11-27發(fā)布上海思致汽車工程技術(shù)有限公司發(fā)布上海思致汽車工程技術(shù)有限公司發(fā)布Q/SZXX-X-2017乘員艙制冷性能CFD分析規(guī)范范圍本標準規(guī)定了術(shù)語和定義、前機艙熱管理CFD分析方法及結(jié)果處理方法。本標準適用于CAE部門前機艙熱管理CFD仿真分析。規(guī)范性引用文件無。術(shù)語和定義無。摘要Abstract本規(guī)范規(guī)定了用StarCCM+進行前機艙熱管理CFD分析的內(nèi)容。本規(guī)范適用于XX汽車公司開發(fā)的乘用車前機艙熱管理CFD分析。ThisproceduredefinestheunderhoodthermalmanagementCFDanalysisusingStar-CCM+.It’sapplicablefortheXXautomotivecompanypassengercarsCFDanalysisofunderhoodthermalmanagement.流程圖ProcessFlowDiagram表1流程圖Fig1ProcessFlowDiagram工具描述ToolDescription仿真分析過程中需要用到的如下軟件:Thefollowingsoftwarefacilitatestheanalyticalsimulationprocess:前處理(Preprocessors):Hypermesh求解器(AnalysisCode):Starccm+后處理(Postprocessors):Starccm+建模和分析過程Modeling/AnalysisProcedure單位Units分析中所用單位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) 牛頓(N)質(zhì)量(Mass) 千克(Kg)長度(Length) 米(M)時間(Time) 秒(Second)幾何模型建立Geometrymodeling前機艙熱管理CFD分析所需的模型包括：ThemodelsneededinCFDanalysisofunderhoodthermalmanagementincludes:a) 車身外表面數(shù)據(jù)，外表面數(shù)據(jù)必須包括前保進氣格柵細節(jié)數(shù)據(jù)。為方便模型清理，上車體數(shù)據(jù)推薦用CAS面或造型A面代替；Theexteriorsurfacedatamustincludesthefrontbumpergrillesdetaileddata.Fortheconvenienceofgeometrycleaning,theupperbodydatacaninsteadbytheCASsurfaceorstylingAsurface.b) 前機艙總布置數(shù)據(jù)，包括發(fā)前壁板、前壁板前方的白車身、發(fā)動機本體、發(fā)動機附件、懸置及其他機艙內(nèi)所有零部件；Includingunderhoodfrontwall,theBIWaheadofthefrontwall,theenginebody,theengineaccessories,mounts,andothercomponentsintheunderhoodcompartment.c) 冷卻模塊數(shù)據(jù)，包括散熱器、冷凝器、冷卻風扇數(shù)據(jù)，以及冷卻模塊擋板、密封條等附件數(shù)據(jù)；Includetheradiator,condenser,coolingfan,andcoolingmoduleshield,sealingetc.d) 底盤數(shù)據(jù)，包括傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等所有底盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以及地板車體數(shù)據(jù)。Includetransmissionsystem,brakesystem,fuelsystem,suspensionsystemandotherdata,andunderfloorbodydata.外部計算域的建立Theexteriorcomputationzonesetup為模擬環(huán)境風洞試驗環(huán)境，需要在車的外部建立長方體空腔，并且需要在車體底部添加單獨加底部密區(qū)域，空腔尺寸及加密區(qū)域位置如圖2所示。Inordertosimulatethewindtunnelenvironment,weneedtobuildcuboidshapeontheexternalofvehicle,andalsoneedtoadddensityzoneunderthebody.TheexternalshapeanddensityzoneasshownisFig.2.圖2外部計算域尺寸大小圖車體擺放位置及加底部加密區(qū)域大小如圖2底盤加密區(qū)域大小及車輛擺放位置所示。ThevehiclebodypositionandunderbodydensityzonesasshowninFig.2.圖3底盤加密區(qū)域大小及車輛擺放位置圖7.3.1面網(wǎng)格尺寸大小Surfacemeshsize在網(wǎng)格總數(shù)不能增加的條件下（計算機硬件所限），為保證計算精度，需要對計算模型的網(wǎng)格根據(jù)不同的尺寸進行劃分。表面網(wǎng)格根據(jù)所在區(qū)域劃分。Accordingtotherestrictedelementnumbers,inordertokeepthecomputingaccuracy,weneedtomeshthedifferentpartsofgeometrymodelwithdifferentmeshsize.Thesurfacemeshshouldbemeshedaccordingtoitsposition.7.3.2網(wǎng)格模型選擇及參數(shù)設置Meshmodelselectionandparameterssetting車體區(qū)域所選用的網(wǎng)格模型如下:Themeshmodelchosenforbodyasshownbelow:a) SurfaceWrapper：包面模型；b) SurfaceRemesher：網(wǎng)格重構(gòu)模型；c) TrimmedMesher：切割體網(wǎng)格模型。7.3.3體網(wǎng)格加密區(qū)域設置Volumemeshdensityzonessetting為提高計算精度，需要在流動關(guān)鍵區(qū)域進行體網(wǎng)格加密。機艙熱管理分析規(guī)定的加密區(qū)域有3個，加密區(qū)域示意圖如4-6所示，具體要求表1體網(wǎng)格加密區(qū)域位置及大小表所示。表1體網(wǎng)格加密區(qū)域位置及大小表名稱Name大小Size加密尺寸Densitysize(mm)UH（機艙加密區(qū)）underhooddensityzone覆蓋整個機艙區(qū)域，X方向前后延長0.4mIncludingallunderhoodzones16~20CHS（底盤加密區(qū)）Chassisdensityzone覆蓋整個底盤區(qū)域，X方向前后延長0.2m。Includingallchassiszones32~40MAX（全區(qū)域加密）Alldensityzone覆蓋整個計算域Includingallzones400圖4機艙加密區(qū)圖圖5底盤加密區(qū)圖圖6全區(qū)域加密圖熱交換器建模7.4.1熱交換器模型處理前機艙熱管理分析中，典型的熱交換器包括散熱器、冷凝器、中冷器。這三種熱交換器的進風面及厚度獲取方法，應遵循下面所述的規(guī)定。熱交換的進風面（指冷側(cè)進風面）截取，兩邊應延伸至扁管與側(cè)面立柱交接的最遠處；上下邊則需要完全包含存在散熱翅片的區(qū)域。如圖7冷凝器進風面截圖示意圖所示，紅線區(qū)域為該熱交換器（冷凝器）迎風面區(qū)域。熱交換器的厚度則以散熱芯體區(qū)域的厚度為準。圖7冷凝器進風面截圖示意圖7.4.2熱交換器初步面網(wǎng)格(Importmesh)質(zhì)量要求為保證熱交換器的邊界完整性，熱交換器在STARCCM+中不允許包面。故在HYPERMESH里生成初步面網(wǎng)格時要求如下：a) 所有網(wǎng)格要求無自由邊（FreedEdge）；b) 無T型連接；c) 無干涉網(wǎng)格；d) 網(wǎng)格類型全部要求為三解型。7.4.3熱交換器TRIME網(wǎng)格參考坐標系在冷卻模塊進風面法線方向非X方向時，為保證流動方向與TRIM網(wǎng)格正交方向一致性，需要建立熱交換器參考坐標系。依據(jù)熱交換器前左上角為原點，建立參考坐標系。參考坐標系的X方向為熱交換器的豎直方向，Y方向為熱交換器的橫向（保證Z方向?qū)儆诮粨Q器進風面的法線方法）。7.4.4熱交換器網(wǎng)格模型設置熱交換器所選用的網(wǎng)格模型為SurfaceRemesher及Trimmer兩種模型。7.4.5熱交換器體網(wǎng)格相關(guān)要求熱交換器進風面法線方向要求至少生成4層網(wǎng)格，如少于4層，可適當調(diào)整網(wǎng)格設置為的網(wǎng)格大小。由于熱交換器形狀較為簡單，由軟件自動生成的網(wǎng)格質(zhì)量均可滿足要求。通常情況下無需進行質(zhì)量檢查。冷卻風扇建模7.5.1風扇模型處理前機艙熱管理CFD分析中，需要使用MRF模型模擬風扇旋轉(zhuǎn)，故需要在風扇葉片處建立旋轉(zhuǎn)區(qū)域。旋轉(zhuǎn)區(qū)域的建立原則如下：旋轉(zhuǎn)區(qū)域的邊界與風扇之間的間距為1.5-2mm，同時保證旋轉(zhuǎn)區(qū)域與風扇罩之間存在1.5-2mm以上間隙。如無法保證1.5mm間隙，需要對風扇罩進行局部的擴大處理。旋轉(zhuǎn)區(qū)域與風扇葉片、護風罩之間的間距見圖8風扇旋轉(zhuǎn)區(qū)域示意圖。圖8風扇旋轉(zhuǎn)區(qū)域示意圖7.5.2風扇網(wǎng)格模型設置車體區(qū)域所選用的網(wǎng)格模型為SurfaceWrapper、SurfaceRemesher、TrimmerMesher和PrismLayerMesh四個模型。7.5.3風扇區(qū)域網(wǎng)格要求及防接觸設置風扇葉片網(wǎng)格大小為1.5-4mm，以保證葉片邊緣幾何結(jié)構(gòu)的完整性。風扇與旋轉(zhuǎn)區(qū)域邊界間距較小，為保證風扇葉片的完整性，需要建立防接觸。防接觸類型為“TwoGroup”，值為1mm。風扇的體網(wǎng)格數(shù)量范圍為30萬-70萬。如網(wǎng)格數(shù)量不在此范圍內(nèi)，可適當調(diào)節(jié)體網(wǎng)格密度。風扇模型形狀較為簡單，由軟件自動生成的網(wǎng)格質(zhì)量均可滿足要求。通常情況下無需進行質(zhì)量檢查。邊界條件BOUNDARYCONDITION7.6.1空氣側(cè)物理模型選擇發(fā)動機熱管理分析中，對散熱器散熱量的模擬分單流體、雙流體兩種方法。多流體分析需要分析冷卻液（冷卻水）與空氣的換熱，因此需要建立兩個物理模型，分別用于模擬水側(cè)與氣側(cè)的流動情況。而單流體則無需水側(cè)物理模型。7.6.2水側(cè)物理模型選擇水側(cè)物理模型用于模擬冷卻液在散熱器內(nèi)部流動狀況。其流體介質(zhì)設置為純水。7.6.3邊界條件的設置a）空氣側(cè)計算區(qū)域邊界條件設置區(qū)域除了進口及出口外，其余一律設置為壁面。進口設置為VelocityInlet，其具體屬性如表2進口條件VelocityInlet參數(shù)設置表所示。表2進口條件VelocityInlet參數(shù)設置表StaticTemperature40oCVelocityMagnitude設置為車速，依據(jù)計算工況而定出口統(tǒng)一設置為Pressureoutlet，其具體屬性設置見表3出口設置PressureOutlet參數(shù)設置表：表3出口設置PressureOutlet參數(shù)設置表StaticTemperature40oCTotalPressure0Pab）壁面設置在零部件本身發(fā)熱體部分設置溫度邊界條件。具體溫度可以通過試驗獲得（對于全新開發(fā)車車型，可參考同等級或者競爭車型溫度）。設置條件見表4溫度壁面條件WALL參數(shù)設置表。表4溫度壁面條件WALL參數(shù)設置表ThermalSpecificationTemperatureStaticTemperature具體溫度值(單位oC)c)風扇模型設置前機艙熱管理分析中，風扇的旋轉(zhuǎn)利用MRF模型模擬。性能要求PERFORMANCEREQUIREMENT7.7.1散熱器散熱量評價計算散熱器實際散熱量Qr（計算方法見7.1），然后與目前工況下發(fā)動機實際散熱量需求Qa對比，要求Qr≥Qa。7.7.2冷凝器性能評價統(tǒng)計冷凝器進風溫度Tc,根據(jù)設計要求確定進風溫度目標Ta，要求Tc≤Ta。7.7.3冷凝器性能評價根據(jù)中冷器熱側(cè)實際進風溫度、出風溫度目標及進氣量求出散熱量目標Qa,然后統(tǒng)計冷側(cè)進風速度，根據(jù)中冷器單體性能表查到實際散熱量Qi。要求Qi≥Qa。7.7.4冷凝器性能評價在計算模型中統(tǒng)計發(fā)動機進風溫度Tin，根據(jù)項目設計要求確定進風溫度目標Ta，要求Tin≤Ta。結(jié)果RESULT分析必須包括在各個運行工況下，冷卻部件散熱量、機艙內(nèi)部流場情況、機艙內(nèi)部空間環(huán)境溫度。冷卻部件散熱量評估a) 求解表面氣體平均速度；b) 根據(jù)表面氣體平均速度，通過