Ansys Fluent应用于新能源汽车行业的流体仿真解决方案
01
热管理性能与NVH
新能源汽车热管理系统设计的优劣直接关系整车可靠性、安全性、舒适性与能耗水平。
02
技术挑战
难点1：电池的热管理
03
解决方案
随着计算流体力学和声学计算方法的成熟，数值计算正在成为解决热管理以及气动噪声问题的主要工具。ANSYSFluent帮助汽车制造商在产品设计时加入热管理和外气动仿真，提高新能源汽车制造中的竞争优势，开发不同的产品以满足不同的客户需求。
2、热管理分析
2.1 空调风道分析
设计阶段整车内造型及空调风道风阻分析，涉及空调风管布置、风道出口指向性，通常考虑前后吹面及吹脚工况，带假人分析。
3.1 机舱热管理分析
开发阶段，考虑格栅及前端模块（散热器、冷凝器等）进气对发动机、电动机及动力电池单元冷却的能力，考虑进风量对前段模块换热量的影响。
开发阶段，考虑停车瞬间、发动机及舱内冷却系统停止运行，机舱内部积聚热量的散热情况，考察机舱内部重要零部件的温度变化情况。
4、NVH
根据噪声源的发生机理，汽车噪声主要有两类：机械噪声和空气动力学噪声。而汽车在高速行驶时，空气动力学噪声变现的尤为明显。空气动力噪声是由于气体流动中的相互作用或与固体间的作用而产生的，包括空气通过车声缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声、空气流过车身外突出物而产生的涡流噪声。空气与车声的摩擦声三个方面。其中后视镜引起的噪声是汽车空气动力学噪声的重要组成部分。
4.1 气动噪声源种类
单极子噪声源：可看作振动质量的点源,其声功率与流场平均流速的四次方成正比。
偶极子噪声源：由压力脉动引起的声源,其声功率与流场平均流速的四次方成正比。
四极子噪声源：来源于湍流的剪切应力,其声功率与流场平均流速的八次方成正比。
由于气动噪声中的四极子声源与偶极子源噪声强度之比正比于马赫数的平方，而地面运载工具（比如汽车在较高速度180KM/h时，其马赫数也仅仅0.147），因此，四极子噪声强度远小于偶极子源噪声强度，可忽略不计。单极子噪声为车辆体积位移引起空气体积脉动产生的，其辐射特性等同于点声源。汽车表面在气动噪声分析中可看作刚性，所以单极子源噪声可近似为零。因此，汽车的气动噪声源主要为偶极子源。
4.2 风噪声改善方法
4.2.1 车身气动性能优化
后视镜
隐藏式雨刮
隐藏式天线
流线型车声外形
车顶安装涡流发生器
4.2.2 车声隔声性能优化
车门、车窗密封系统
风挡、侧窗玻璃增厚
车身密封
汽车空调系统降噪
4.3 风噪声改善方法
低成本，速度快；风洞实验速度慢且成本高
更好的流场可视性，更好地设计决策
权衡冷却气流和气动阻力
参数化研究
可优化的伴随求解器（Fluent专用工具，它扩展了传统流体求解器的分析范畴，能够提供一个流体系统性能敏感性数据）
4.4 常见声学建模问题
频域范围（20Hz~20,000Hz）非常广：对于声学，时间分辨率通常比流体解的分辨率大好几个级别
声压大小：声压比静水压力小好几个级别，比如声压级=80dB，声压=0.2Pa，背景压力=101325Pa，需要非常细密的网格
辐射至远场：将声压辐射至远场必须使得流体域边界外也划分网格
04
案例分享
稳态分析性能指标 | ||
视野区 | 表面风速≥2m/s 面积占比 | 表面风速≥1.5m/s 面积占比 |
A区 | ≥80% | ≥90% |
A’区 | ≥80% | ≥90% |
B区 | ≥60% | ≥80% |
1.2 前处理
面网格处理
导入工作流
重构面网格
指定流体域
生成体网格
1.3 求解器设置
设置湍流模型和边界条件
设置监控参数及初始化
1.4 运行求解器
1.5 后处理
查看玻璃及视野区表面风速，计算风速指标。
视野区 | 表面积(m2) | 表面风速≥2m/s区域 | 表面风速≥1.5m/s区域 | ||||
表面积(m2) | 面积占比 | 指标 | 表面积(m2) | 面积占比 | 指标 | ||
A区 | 0.190835 | 0.173568 | 90.95% | ≥80% | 0.176896 | 92.70% | ≥90% |
A’区 | 0.185131 | 0.124637 | 67.32% | ≥80% | 0.146140 | 78.94% | ≥90% |
B区 | 0.412759 | 0.285399 | 69.14% | ≥60% | 0.313916 | 76.05% | ≥80% |
深圳市优飞迪科技有限公司成立于2010年，是一家专注于产品开发平台解决方案与工业软件开发的高科技企业，是ANSYS、MSC、COMSOL、Qt、国产CAD、国产尺寸链公差等工业软件的战略合作伙伴，拥有十多项行业领先的自主工业软件著作权。优飞迪科技倡导“极致用户体验驱动产品开发模式”变革，助力中国质造，赋能极致研发，专注于仿真咨询、工业软件开发、工业软件销售、系统集成等领域的产品开发平台解决方案，拥有一支硬核实力的技术服务专家团队，能为企业提供“全心U 端到端服务“。如今，华为、中兴、中国航天、格力、大族、华强、华星光电等知名企业与优飞迪保持着长期的紧密战略合作伙伴关系。
