一种整车热管理一维三维耦合匹配计算进风量的方法与流程

1.本发明涉及汽车热管理仿真技术领域，具体涉及一种整车热管理一维三维耦合匹配计算进风量的方法。


背景技术：

2.整车热管理应用三维软件cfd分析考虑整车布置的细节，直观的给出空气流动状态，但计算时间较长。整车热管理一维软件kuli将整车热管理系统各零部件直接建模，需要参数较多，计算时间短，适合设计前期开发匹配。
3.整车热管理仿真主要分为两个方向：
①
冷却系统仿真：包括发动机冷却、变速器冷却等；
②
空调系统仿真：采暖性能和降温性能。不管是冷却性能还是空调性能都是需要和环境换热，由于汽车布置空间有限，现代汽车都是通过格栅开口让前端模块与环境风换热，从而满足整车热管理性能要求。随着新能源汽车的发展，混动车、电动车、氢能源汽车技术对前端模块的换热需求更加复杂，前端模块包含了更多换热器，如纯电动汽车需要给电机回路新增1个散热器，氢能源汽车可能多出2
‑
3个散热器，所以设计早期需要利用一维软件对整车热管理系统进行性能匹配仿真，利用三维软件进行机舱流场风量计算，如何将三维软件计算的各模块风量与一维软件耦合将是关键。
4.现阶段一维软件计算风量的方法主要是将前端模块整体看成一个阻力件，只能将通过前端模块的整体风量标定准确(一般是最后的散热器)，但是模块中其他换热器尤其是尺寸差异较大的换热器一维软件拟合的风量与三维软件cfd仿真的风量差异较大，而且在匹配换热器的过程常常用一维软件拉伸或缩短换热器尺寸，所以搭建整车热管理模型并将前端模块各换热器散热器全部耦合一致十分重要。本发明新创一种虚拟面阻的方法去耦合一维三维仿真的风量，从而提高前端模块匹配精度。


技术实现要素：

5.本发明目的是为了在汽车设计阶段使用一维软件更高精度地耦合前端模块风量，从而支持前端模块性能匹配和整车热管理性能开发。
6.为了实现上述目标，本发明提供的一种整车热管理一维三维耦合匹配计算进风量的方法，其特征为，具体包括如下步骤：
7.第一步：三维cfd软件中输入换热器的风阻性能、风扇性能，不对换热器附加热量值，通过cfd稳态流场仿真计算确定汽车机舱冷流场不同换热器的风量值。
8.第二步：使用一维软件kuli输入换热器的风阻性能、风扇性能，建立汽车机舱冷流场的空气流动模型：进气压力系数cp、前端模块、冷却风扇、机舱阻力系数bir，其中前端模块为汽车布置在前端框架内的和格栅进风换热的各类换热器总成，包括多个换热器。
9.第三步：在一维软件kuli前端模块中建立相应的虚拟面，在cp值及各换热器风阻输入条件下，通过标定bir值及各虚拟面的风阻系数来标定各换热器的风量；通过标定整车机舱阻力系数bir，藕合整个前端模块的通过风量，即最大换热边界(换热器1)的通风量；其
他换热器由各相应的虚拟面面阻进行耦合，从而使通过各个换热器的风量与三维cfd软件计算的风量完全一致。
10.第四步：此时模型中各换热器的风量和风温完全一致，由于没有设定换热器热量值，风温等于环境温度；一维三维软件流场耦合成功，记录一维软件中的进气压力系数cp、机舱阻力系数bir和各虚拟面阻力系数，然后通过设定换热器热量值、更改换热器尺寸进行性能匹配与计算分析。
11.进一步地，所述第一步和第二步中，在三维cfd软件和一维软件kuli中均输入各换热器的风阻性能和风扇性能，在两软件模型中输入性能参数保持一致。
12.进一步地，所述第三步中虚拟面设置可在换热器同侧。
13.进一步地，所述第三步中虚拟面设置可在换热器前侧。
14.进一步地，所述虚拟面数量可根据换热器数量设置多个。
15.进一步地，所述换热器类型包括散热器、冷凝器、中冷器、风冷油冷器和低温散热器等。
16.本发明的有益效果为：
17.本发明方法综合了三维软件对流场高精度分析优势和一维软件快速计算匹配优势，通过在一维软件模块中增加虚拟面阻的方法，在一维软件中耦合进三维cfd仿真的风量，然后对一维软件kuli的增加换热器附加热量计算整车冷却空调性能，也可以对换热器尺寸进行改变，无需重新进行三维cfd仿真，一维软件kuli便能自行考虑风量变化影响，高效进行模块匹配。解决了一维软件kuli无法精确拟合所有模块风量的问题。
附图说明
18.图1为汽车机舱进风示意图；
19.图2为汽车机舱进风一维图示(布置样式1)
20.图3为汽车机舱进风一维图示(布置样式2)
21.图4为模块虚拟面阻拟合图示(布置样式1)
22.图5为模块虚拟面阻拟合图示(布置样式2)。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面列举的实施例仅为对本发明技术方案的进一步理解和实施，并不构成对本发明权利要求的进一步限定，因此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.现结合附图对本发明做出进一步说明：
25.如附图1所示，整车热管理不管是冷却性能还是空调性能都是需要和环境换热，由于汽车布置空间有限，现代汽车都是通过车前格栅开口让前端模块与环境风换热，从而满足整车热管理性能要求。车辆的进风状态可以理解为先经过格栅开口进风，风流经前端模块、风扇及整车机舱内部结构，最终开前舱。三维cfd软件中输入换热器的风阻性能、风扇性能，不对换热器附加热量值，通过cfd稳态流场仿真计算确定汽车机舱冷流场不同换热器的
风量值。
26.如附图2、3所示，简化之后的整车进风状态由图所示，图2、图3为本发明举例两种典型布置形式风量拟合方法。在一维软件kuli模型中，可以将其简化为cp、前端模块、冷却风扇和bir，其中cp为整车进风压力系数，可以由三维cfd软件计算；前端模块为汽车布置在前端框架内的和格栅进风换热的各类换热器总成，包含多个换热器，需输入风阻系数和整车实际坐标；风扇需输入风扇pq性能；bir作为整车机舱阻力由模块风量进行标定。
27.如附图4、5所示，通过虚拟面阻拟合风量的核心思想是：通过对每个换热器前侧(整车x方向，如附图4)或者同侧(整车z方向，如附图5)增加一个虚拟面，同时标定每个虚拟面的阻力系数去控制前端模块中风量的分配状态和标定整车机舱阻力系数去拟合通过整个前端模块的风量。下面针对本发明所示的两种布置形式进行说明：
28.如图4所示，布置样式1：以前端模块中最大换热边界换热器，即换热器1的风量作为通过整个前端模块的风量，在耦合风量过程中，cp值和风扇性能作为进风能力，前端模块中换热器和虚拟面风阻作为阻力，通过标定机舱阻力系数bir的值，使换热器1的风量与三维cfd计算值一致。换热器3和虚拟面2的风量和等于模块总风量。换热器3的风阻系数为输入值，虚拟面2阻力系数变小，通过虚拟面2的风量会变大，通过换热器3的风量会变小；虚拟面2的阻力系数变大，通过虚拟面2的风量会变小，通过换热器3的风量会变大。通过标定虚拟面2的阻力系数来耦合换热器3的风量，此布置形式中换热器与虚拟面为竞争关系，虚拟面1和换热器2的风量标定原理同上。
29.如图5所示，布置样式2：以前端模块中最大换热边界换热器，即换热器1的风量作为通过整个前端模块的风量，在耦合风量过程中，cp值和风扇性能作为进风能力，前端模块中换热器和虚拟面风阻作为阻力，通过标定机舱阻力系数bir的值，使换热器1的风量与三维cfd计算值一致。换热器3和换热器2的风量和等于模块总风量。换热器2、换热器3的风阻系数为输入值，若不加虚拟面，其风量按照其风阻大小分配，与三维cfd计算有差异。加入虚拟面1、虚拟面2后，虚拟面1和换热器2的风阻之和与虚拟面2和换热器3的风阻之和为竞争关系，通过标定虚拟面1、虚拟面2的阻力系数，重新分配通过换热器2、换热器3的风量，使其与三维cfd计算值一致。
30.本发明方法通过在一维软件kuli中新增虚拟面阻方法，在三维cfd软件与一维kuli软件的风量拟合过程中没有对换热器附加热量值，将标定好的bir值，虚拟面阻力系数附加到一维软件kuli中，各换热器前的风量、风温与三维cfd软件计算值完全一致，一维、三维软件风量拟合成功。
31.本发明中，在三维cfd软件和一维软件kuli中均输入各换热器的风阻和风扇性能，在两软件中的输入值应保持一致。
32.本发明中，只举例了两种布置形式，无论前端模块的层数多少、每层换热器个数多少，均适用本发明方法，均应落入本发明保护范围。
33.本发明中，在拟合一维软件kuli风量之后，可以再次基础上附加热量值或者改变各换热器尺寸，kuli软件会自行拟合对整个模块各换热器前进风风温、风量的影响，从而计算整车热管理性能和匹配冷却、空调系统零部件。
34.本发明中，凡进风形式归于以上描述的各种动力形式的整车热管理风量计算都适用，包括不限于传统车、混动车、纯电车、氢能源汽车等。
35.本发明中，介绍了此方法风量拟合的核心思想，依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
36.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。