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车辆热管理_KULI案例解析_汽车冷却系统

1年前浏览765

--Car Cooling System--

汽车冷却系统

--车辆热管理_KULI案例--

               


01


           

前言


           

           


在一些冷却系统中常安装有两个风扇_

✦ 如果风机具有不同的特征,则会对其他部件充入不同的气流;

✦ 受影响的部件可以在两个风扇之间的密封位置进行细分,因此各自的空气路径也必须分开并单独连接;

✦ 这就需要用到Block(块);


❂ 本案例来自KULI自带模型库,ExCAR.scs_

✦ 该冷却系统由一个水散热器、一个位于水散热器正前方的中冷器、一个冷凝器、一个电动调速风扇和一个级控风扇(与调速风扇平行)组成;

✦ 冷却空气进气口被认为是一个格栅;

✦ 冷却空气从发动机舱室出口排出;

■ Radiator_水散热器

■ Charge air cooler_中冷器

■ Condenser_冷凝器

■ Speed-controlled fan_调速风扇

■ Stage-controlled fan_级控风扇

■ Built in resistance_BIR

■ Cp-value_Cp值

■ Inlet grid_入口格栅

✦ 注意该风扇为电动调速风扇,并非直接通过发动机转速控制,而是通过PWM控制风扇性能;

☑注意冷凝器、中冷器和水散热器面积并不一致_

✦ 中冷器放置在水散热器的前面,且中冷器和水散热器的尺寸不一致,所以它只覆盖水散热器截面的一部分;

✦ 在这种情况下,这两个组件不应该串联在一起;

✦ 如果采用串联的方法,就意味着所有的冷却空气将首先通过中冷器,然后再通过水散热器;

✦ 实际上,总有一部分流体不会通过中冷器(而是通过中冷器顶部间隙跨过中冷器)直接流入水散热器;

✦ 为了考虑这些影响,本案例中将引入Blocks;

▓ Learning Objective

_ 学习目标

✦ 学习subdivide(划分)冷却系统元件;

✦ 学习Block(块)的使用;

✦ 学习中冷器元件的使用;

✦ 学习通过执行器控制风扇;

✦ 学习分割空气路径;

❖ 之前已经出过一期KULI案例,内容相对详细,本篇章会针对之前篇章未涉及的内容进行详细介绍,之前篇章介绍过的内容将一笔带过_

❖ 如果遇到不明白的问题,可参考之前篇章_


相关文章,在仿真秀官网搜索:

❂ 车辆热管理_KULI_01软件界面

❂ 车辆热管理_KULI_02散热器元件建模

❂ 车辆热管理_KULI_03空气侧元件建模

❂ 车辆热管理_KULI_04 风扇元件建模

❂ 车辆热管理_KULI_05换热器元件建模(上)

❂ 车辆热管理_KULI_06换热器元件建模(下)

❂ 车辆热管理_KULI_07Medium-介质

❂ 车辆热管理_KULI案例解析_卡车冷却系统


             

             

             


02


           

正文


           

           


❖本案例的分析流程大致如下_

▓ 仿真数据准备

▓ Project创建/路径设置

▓ General Data区域

▓ Radiator元件_创建

Charge air cooler元件_创建

▓ Fan元件_创建

▓ Inlet Grid元件_创建

▓ CP value元件_创建

▓ BIR元件_创建

▓ 冷凝器元件_创建

▓ Inner Circuits_创建

▓ 介质循环连接

Fan PWM controlled

▓ 空气侧路径设置

▓ Simulation Parameters(仿真参数)

▓ Simulation/Results(计算/结果)

-----◆-----

▓ 仿真数据准备

✦本案例来自KULI自带的模型库,所以采用的元件可以直接引用;

✦本案例中所设置的各种参数也均已知;

✦如果用户要对某个冷却系统进行分析,需要使用该元件的试验数据自行建模,模型中设置的各种参数也需提前整理完备;

✦本案例目的仅在于介绍KULI的分析流程及各种功能的使用;

✦先前篇章已针对KULI元件的建模进行过详细介绍,有需要的小伙伴可以翻阅之前的篇章,对于部分内容本案例将一笔带过;

▓ Project创建/路径设置

❆之前篇章已进行过详细介绍,在此就不赘述了,不明白的小伙伴可参考之前篇章_

▓ General Data区域


✦在“General data”_常规数据选项卡的左侧,可以输入冷却系统的可选信息;

✦这些信息仅用于文档,但它将显示在输出文件中,具有一定的参考价值;

✦不填写并不会影响模型创建与计算等;

✦建议完成这些条目,以确保冷却系统的持续记录;

▓ Radiator元件_创建


✦切换至Circuits/Air Path”_循环/空气路径选项卡

✦点击“Radiator”进行水散热器的创建,在底部选择ExCar.kuliRad文件,并进行热侧流动方向、位置坐标等设置;

✦通过右侧Subdvision选项卡将水散热器元件在宽度为325mm位置上进行切分;

✦点击“OK”并在空白区域点击鼠标左键完成Radiator的创建;

✦位置坐标可以在该界面设置,也可以在General data”_常规数据选项卡统一设置;

☑关于元件切分问题_

■可以直接像本案例那样操作,直接在表格中输入切分位置;


■或通过Subivision进行设置,以y方向为例_

■在Subivisions in y-direction后输入a,则表示在y方向上平均分割成a份;

■在Grid size in y-direction后输入b,则表示在y方向上按照距离分割,每份宽度或高度为bmm;

Charge air cooler元件_创建


✦点击Charge air cooler”进行中冷器的创建,在底部选择ExCar.kuliCac文件,并进行热侧流动方向、位置坐标等设置;

✦通过右侧Subdvision选项卡将中冷器元件在宽度为325mm位置上进行切分;

✦点击“OK”并在空白区域点击鼠标左键完成中冷器的创建;

✦位置坐标可以在该界面设置,也可以在General data”_常规数据选项卡统一设置;

▓ Fan元件_创建

Speed-controlled fan_调速风扇


✦点击“Speed-controlled fan”进行调速风扇的创建,在底部选择ExCAR.kuliRPMFan文件,设置如图所示的Transm.ratio,并进行位置坐标设置;

✦位置坐标可以在该界面设置,也可以在General data”_常规数据选项卡统一设置;

注意

■本案例的调速风扇是电动调速风扇,其风机性能是通过PWM控制的,会在后面进行设置讲解,在此设置Transm.ratio是因为该位置为必填信息,不能为空;

Stage-controlled fan_级控风扇


✦点击“Stage-controlled fan”进行级控风扇的创建,在底部选择ExCAR.kuliSCFan文件,进行位置坐标设置,并点击OK完成创建;

✦位置坐标可以在该界面设置,也可以在General data”_常规数据选项卡统一设置;

❖之前篇章介绍过关于风扇元件的建模,如有需要可翻阅先前篇章_

▓ Inlet Grid元件_创建


✦点击“Inlet Grid”进行入口格栅元件的创建,在底部选择ExCAR.kuliGrid文件,进行位置坐标设置,并点击OK完成创建;

✦注意空气侧元件创建完成后并不会显示在Circuits/Air Path”区域,而是在最右侧的空气侧组件存放位置;

▓ CP value元件_创建


✦点击“CP-value”进行CP值元件的创建,在底部选择ExCAR.outkuliCP文件,进行位置坐标设置,并点击OK完成创建;

✦该位置坐标好像不具备实际意义,只会影响3D视图的显示效果;

✦注意空气侧元件创建完成后并不会显示在Circuits/Air Path”区域,而是在最右侧的空气侧组件存放位置;

▓ BIR元件_创建


✦点击Built in resistance”进行BIR的创建,在底部选择ExCAR.kuliBir文件,进行位置坐标设置,并点击OK完成创建;

✦该位置坐标好像不具备实际意义,只会影响3D视图的显示效果;

✦注意空气侧元件创建完成后并不会显示在Circuits/Air Path”区域,而是在最右侧的空气侧组件存放位置;

▓ 冷凝器元件_创建


✦利用Area Resistance(即面积阻)来模拟冷凝器对冷却包的影响

✦点击“Area Resistance”进行面积阻力元件的创建,在底部选择ExCAR.kuliAres文件,设置位置坐标,并设置在宽度为325mm位置处进行切分,并点击OK完成创建;

❂注意

✦空调冷凝器的本质是将能量转移,它会将驾驶室或其他位置的热量转移到冷凝器位置,并通过冷凝器释放热量,因此对于我们分析的散热系统而言,冷凝器相当于一个热源,因此有时元件设置里需要设置散热量;

✦之前篇章已进行分模块进行过讲解,可翻阅之前篇章;

✦注意空气侧元件创建完成后并不会显示在Circuits/Air Path”区域,而是在最右侧的空气侧组件存放位置;

▓ Inner Circuits_创建

✦每种类型的循环它自己的子选项卡中处理

✦在本案例中,需要创建两个不同的循环

■Radiator(即水散热器)Water circuit(水循环);

■Charge air cooler(即中冷器)用charge air circuit(增压空气循环);


✦切换到Circuits/Air Path”选项卡进行创建_

✦点击“Water circuit”进行水循环的创建;

✦选择Closed circuit(equalization)即闭环;

✦在General data选项卡选择Medium(介质)为Water\Glycol,并设置Volume fraction of Glycol即乙二醇体积分数为40%,Base for ATB即介质最大需用温度为121℃;


✦切换至Char. Lines / Maps选项卡,并进行以下设置_

■Mass-/Volume flow_介质(热侧)流量

■Pressure(abs.)_压力

■Heat_换热量

注意

✦该案例来自KULI模型库,图中的文件均已存在,直接选择使用即可;


✦点击“Charge air circuit”进行增压空气循环的创建;

✦选择Open circuit(equalization inlet)即开环;


✦切换至Char. Lines / Maps选项卡,并进行以下设置_

■Mass-/Volume flow_介质(热侧)流量

■Pressure(abs.)_压力

■Temperature_温度

▓ 介质循环连接



✦将“Water circuit”即水循环创建在Circuits/Air Path区域后按照上图所示进行连接;

✦将“Charge air circuit”即增压空气循环创建在Circuits/Air Path区域后按照上图所示进行连接;

Fan PWM controlled

✦本案例分风扇为电动调速风扇,是通过PWM控制风扇性能的,需要定义风扇在不同工作点的转速;

✦在本例中,风扇的速度将由执行器输入速度定义;



来源:霍同学CAE
System汽车控制试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-09-01
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霍同学
硕士 | 结构工程师 -仿真的魅力-
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