车辆热管理_KULI案例解析_卡车冷却系统

❖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

▓ Fan元件_创建

▓ Inlet Grid元件_创建

▓ BIR元件_创建

▓ Inner Circuits_创建

▓ 介质循环连接/空气侧路径设置

▓ Simulation Parameters(仿真参数)

▓ Simulation(模拟计算)

▓ Results(结果查看)

▓ System Variations(系统变化)

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▓ 仿真数据准备

✦KULI一维是基于试验数据对冷却系统进行热平衡理论分析的，仿真分析前需要准备好所需数据；

✦所需数据较为繁杂，先前篇章已经分模块对KULI元件的建模进行过详细介绍；

✦且该案例来自KULI自带的模型库，流程中诸多元件的建模均采用模型库中的文件；

✦本篇章案例分享的目的在于介绍KULI的基本流程；

✦流程中出现的所有参数基本上都是需要的数据，对于某些概念不理解的，可加强对现实中冷却系统的认识与了解；

▓ Project创建/路径设置

✦新建一个Project或在Path Setting处右键设置Root directory为安装目录下\data；

✦Data文件夹的位置可能与安装设置有关，上图以给出Data文件夹内的具体内容；

✦只有路径正确，我们才能调用搭建模型所需的Component(元件)文件等；

✦先前篇章对文件位置进行过介绍，有问题的小伙伴可以翻阅；

✦创建一个新的模型文件；

✦文件格式为*.scs；

▓ 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；

✦下方为Check选项卡，可对模型进行相关检查，后面用到时再行介绍；

▓ Radiator元件_创建

✦切换至“Circuits/Air Path”_循环/空气路径选项卡；

✦该区域为图形区域，可以在其中创建冷却系统模型；

✦开始时只显示“Simulation parameters”图标；

✦点击“Radiator”进行水散热器模型的创建，在底部选择ExTRUCK.kuliRad文件，并进行热侧流动方向、位置等设置；

✦右侧Subdvision区域可对散热片区域进行划分，但本案例没有用到，之后篇章再行介绍；

✦点击“OK”并在空白区域点击鼠标左键完成Radiator的创建；

✦该案例是KULI自带的模型，所以文件均已存在，可直接选择使用；

✦先前篇章已针对该部分进行过详细讲解，可点击下方超链接进入_

❂ 车辆热管理_KULI_06换热器元件建模(下)

▓ Fan元件_创建

✦点击Speed controled fan进行调速风扇建模的创建，并在底部选择ExTRUCK.kuliRPMFan并设置位置；

✦必须在左侧定义风机的速度特征曲线；

✦表中给出的是一个可变比(即发动机与风扇的转速比)风扇的特性曲线示例；

✦该特性曲线描述了发动机转速与风扇转速之间的关系；

✦位置坐标的更改也可以在“General data”_常规数据选项卡中进行；

 ✦点击“Ok”完成风扇模型的创建；

✦风扇将包括在空气侧组件面板；

✦其他空气侧组件也是一样，不会显示在“Circuits/Air Path”区域；

☑ KULI使用的坐标系_

✦X轴表示冷侧空气的流动方向(流向X轴正方向；

✦散热器面积在YZ平面上；

✦其中Y轴是水平的，Z轴是垂直的；

✦先前篇章已针对该部分进行过详细讲解，可点击下方超链接进入_

▓ Inlet Grid元件_创建

✦考虑到机舱的开口位置、舱室形状与布局等对空气动力学的影响，以及格栅本身的压力损失，必须在冷却系统的入口处定义一个进气格栅；

✦点击“Inlet Grid”的图标，打开入口格栅的创建窗口；

✦在底部选择ExTRUCK.kuliGrid文件并设置位置坐标；

✦位置坐标的更改也可以在“General data”即常规数据选项卡中进行；

▓ BIR元件_创建

❆冷却空气被迫通过散热器格栅、导叶、冷却风道和风扇时，它遭受流动阻力，致使进口和出口之间存在一定的压力损失；

❆冷却包和机舱出口之间的压力损失通过一个built-in resistance(BIR)来定义；

✦点击“built-in resistance”进行BIR定义；

✦BIR不可进行区域分割，只需要在下方选择ExTRUCK.kuliBir文件并设置坐标；

✦该坐标位置只影响3D视图中BIR的显示，没有实际的意义；

✦空气侧组件显示在最右侧区域，不会显示在Circuits/Air Path”区域；

✦位置坐标的更改也可以在“General data”即常规数据选项卡中进行；

✦最后需要点击Test intersections检查模型是否干涉，弹出确认模型无干涉的对话框后，左下角的□Components intersection选项框会被打上勾；

✦之后可能还需要在该界面进行连接性检查和模型完整性检查，确认通过后会在下方选项框上打上勾；

▓ Inner Circuits_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95℃；

✦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

☑设置方式有四种可以选择_

❂Map from file_文件

_选择Data from file，这意味着所需的值存储在一个外部文件中(必须指定)；

_例如，本案例中的体积流量取决于发动机的转速，这两个值之间的关系就是通过所选择的文件来表达的；

❂Fixed value_固定值

_设置一个固定值，必须输入到相应的字段中，不依赖于任何其他因素；

❂Not defined_不确定

_选择Not Defined，这需要在circuit(循环)中的的其他组件中设置相应的值；

❂Table_表格

_通过表格进行定义；

✦点击“OK”完成对“Water circuit”即水循环的创建_

▓ 介质循环连接/空气侧路径设置

✦将“Water circuit”即水循环创建在Circuits/Air Path”区域后进行连接如图所示_

✦切换至Air Side选项卡；

☑此时3D图形窗口会有不一样的显示_

_冷却系统元件间的距离都是相同的，无论他们彼此之间的间距是多少；

_这种方式，可以实现一个清晰排列的视图；

☑用户需要在Air Side区域定义冷侧空气的路径_

✦需要把这些组件串联起来；

✦以表示冷侧空气从环境(Node 1)出发，按照顺序流过冷却系统的每一个元件；

✦元件之间的压力、温度等需要更新；

_故需要在所有元件之间插入Node(节点)

_且每一个Node(节点)都有个Previous(前侧)和Next(后侧)；

✦为了以更简单的方式连接冷却系统，可以使用BLOCK(块)；

_但本案例没有用到，所以Blocks表仍然是空的；

☑关于Nodes表的操作注意事项_

1、创建Nodes，本案例共有四个Component需要串联，故需要4个Nodes；

2、点击Node 1的Previous字段，选择BIR并点击右箭头_添加条目，将该组件移动到右侧，即将该元件添加到Nodes表格中Node 1的Previous位置处；

3、需要更改时在右侧选择对应元件并点击左箭头_移除条目，可将该元件移动到左侧即可在Nodes表中移除；

4、依次对Nodes表中其他位置进行定义；

5、冷侧空气从环境(Node 1)出发，按照顺序流过冷却系统的每一个元件；

6、Noeds表格可通过鼠标右键_Highlight node_对节点进行高亮显示；

7、通过鼠标右键点击3D视图中的Component也可以选择相应的元件加入到Nodes表中；

8、参考上图完成Nodes表的设置，核对3D视图是否存在问题；

✦完成热侧循环设置和冷侧空气路径连接设置后，需要回到“General data”选项卡进行连接性测试_

_点击Test connecctions(Air and Fluid)进行测试；

_连接无误的情况下会弹出对话框显示“该冷却系统连接正常”，用户确认后会自动在□Circuits/Air Path处勾选勾；

▓ Simulation Parameters(仿真参数)

✦仿真计算将对在仿真参数标签表中定义的所有operating points进行计算；

✦如果不需要计算该operating points可将Calculate OP栏设置成NO；

✦环境特性是由环境温度、环境压力和空气湿度决定的；

✦此外还需要考虑温升，即热风回流引起空气温度的升高；

✦通过输入行驶速度与cp值(Inlet grid元件中定义的值)考虑车辆的运动；

☑通过“Parameters’associations_参数关联”检查仿真参数关联性_

✦以保证基于发动机转速和平均有效压力的仿真参数值是合理的；

✦冷却回路的流量取决于冷却液、增压空气、制冷剂的体积流量特性曲线，同时受他们的温度和压力影响；

✦风扇转速取决于operating points的发动机转速以及彼此间的转速关系；

✦确保没有必要外推特征曲线；

✦这可以通过正确规划特征曲线的输入来实现；

✦在冷却系统建模完成后，回到“General data”选项卡进行模型完整性测试；

✦在冷却系统建模完成后，所有数据必须保存在冷却系统文件即*.scs格式文件中；

▓ Simulation(模拟计算)

✦选择计算类型_Standard KULI simulation；

✦选择Errors/Warnings将显示一个包含可能的错误和警告的文件;

✦选择KULI lab将进入后处理模块；

▓ Results(结果查看)

✦结果的查看可直接通过KULI Lab进行；

✦显示仿真结果的快速方法

_在“Circuits/Air path”区域选择一个或多个元件，通过鼠标右键_Show_选择需要的显示的值；

_在计算完成后将鼠标移动至该元件位置便可以显示相应的计算结果；

▓ System Variations(系统变化)

❆以下是冷却系统中参数修改对分析结果的影响表现，仅供参考_

❂_BIR

❂_RAD

❂_nFan

❂_Driving speed

❂_Ambient temperature (环境温度)

❂_Fan-RPM

❂_Definition of heat (换热量)

❂_2D Flow char.curve (介质流速)

❆通过以上对比，可使用户初步了解系统参数更改对仿真结果的影响_