一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法及存储介质与流程

1.本发明涉及有限元分析技术领域，具体涉及汽车冷却性能评估技术。


背景技术：

2.汽车空调冷却系统是影响乘员舱制冷效果的关键零部件，尤其是堵车、怠速工况下，冷却模块的散热主要依靠风扇从格栅吸入冷空气进行冷却，此时冷却模块前端的进气压力相比行驶工况要小很多，就会出现发动机舱内的热气流通过前端的缝隙窜到冷却模块前端，造成冷却模块前端进风温度升高，影响散热器的散热效果，进而造成堵车、怠速工况下乘员舱空调制冷效果差。同时，热回流同样会影响发动机进气口的温度，影响车辆的起步动力性，及堵车工况的油耗。
3.行业内对发动机舱热回流的研究主要集中流场上，未对温度场进行深入研究，同时热回流分析方法只将冷凝器赋予一个散热量再进行流场、温度场的计算，导致冷凝器表面温度分布存在较大误差，进而导致整个流场、温度场计算精度较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于提供一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，以解决现有技术在流场、温度场计算精度较低的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，建立三维整车几何模型以及整车物理模型，并将两者耦合，形成整车仿真模型，并添加网格；在整车仿真模型上设置边界参数，并进行仿真分析，输出初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果；建立空调系统的相变模型，输入所述初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果，获得冷凝器表面温度分布数据；将所述冷凝器表面温度分布数据导入所述整车仿真模型中，得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果。
6.进一步，所述三维整车几何模型包括空气域整车模型、冷却模块水域模型和风扇旋转域模型，所述空气域整车模型、冷却模块水域模型和风扇旋转域模型的任两者之间设有接口，用于进行流场和温度场的传递。
7.进一步，所述整车物理模型包括空气域物理模型与水域物理模型，所述空气域物理模型用于模拟整车空气环境，所述水域物理模型用于模拟冷却模块内部流动状态。
8.进一步，所述水域物理模型中设置有冷却模块的风测阻尼系数。
9.进一步，所述边界参数包括工况车速、环境温度、冷却模块散热量、冷却模块阻尼系数、发动机排气温度、发动机进气流量和发动机排气流量以及风扇转速，所述工况车速为怠速或者堵车工况下的车速。
10.进一步，所述空气域整车模型包括车体几何模型、底盘几何模型、冷却模块及风扇几何模型、发动机舱各零部件几何模型以及排气系统几何模型。
11.进一步，所述整车空气环境包括整车发动机舱内、底盘、风扇、冷却模块以及整车的环境风洞空腔的空气域。
12.进一步，在所述得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果之后，还包括：根据所述最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果，获得冷却模块表面的热回流空气，并获得热回流空气的流动路径，对热回流空气流过的零部件进行密封优化。
13.进一步，所述空调系统的相变模型包括内部流动侧的元件和外部流动侧的元件，所述内部流动侧包含的元件有形成循环通路的膨胀阀、空调、蒸发器、压缩机进口直管、压缩机、压缩机出口直管、弯管和冷凝器；所述外部空气流动侧包含有形成循环通路的冷凝器前保格栅、冷凝器、散热器、风扇、暖风芯体、蒸发器、鼓风机和外循环进风隔栅。
14.一种存储介质，其存储有一个或多个计算机可读程序，一个或多个所述计算机可读程序被一个或多个控制器调用执行时，能实现上述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法。
15.本发明的有益效果：本发明结合一维相变模型与三维冷却系统进行耦合仿真，提高了温度场计算的准确性，能够更精准的判断热回流的路径，以便提出热回流优化方案，降低开发和试验成本；本发明考虑了冷媒相变对冷凝器表面温度的影响，以高精准的热流追踪方法预测热气流的运动轨迹，结合热流运行轨迹对冷却模块前端、发动机进气口周围封装进行优化，以减小堵车、怠速工况冷却模块前端及发动机进气口热回流，提高空调的冷却效果、发动机起步动力性以及降低油耗。
附图说明
16.图1为本发明实施例1的流程图；图2为本发明实施例2的流程图；图3为本发明所述的整车几何模型的网格化截面示意图；图4为本发明所述整车计算域与冷却模块计算域网格化截面示意图；图5为本发明一维空调系统计算模型中的内部相变流动侧的结构示意图；图6为本发明一维空调系统计算模型中的外部空气流动侧的结构示意图；图7为本发明耦合仿真得到的冷却模块热回流流线及温度场分布；图8为本发明耦合仿真得到的发动机进气口热回流流线及温度场分布。
17.其中附图中的结构序号为：1-膨胀阀、2-空调、3-蒸发器、4-压缩机进口直管、5-压缩机、6-压缩机出口直管、7-弯管、8-冷凝器、9-冷凝器前保格栅、10-散热器、11-风扇、12-暖风芯体、13-鼓风机、14-外循环进风隔栅。
具体实施方式
18.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过
另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
19.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
20.实施例1本实施例提出了一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，如图1所示，方法具体为：建立三维整车几何模型以及整车物理模型，并将两者耦合，形成整车仿真模型，并添加网格；在整车仿真模型上设置边界参数，并进行仿真分析，输出初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果；建立空调系统的相变模型，输入所述初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果，获得冷凝器表面温度分布数据；将所述冷凝器表面温度分布数据导入所述整车仿真模型中，得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果。
21.实施例2本实施例提出了一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，如图2所示，方法具体为：步骤1：建立三维整车几何模型三维整车几何模型包含了空气域整车模型，见图3所示、冷却模块水域模型、风扇旋转域模型，见图4所示；具体的，空气域整车模型需包含车体几何模型、底盘几何模型、冷却模块及风扇几何模型、发动机舱各零部件几何模型以及排气系统几何模型。整个空气域模型需将整个乘员舱、发动机、排气系统、油箱等内部不需要参与计算的几何模型形成封闭空腔，以减少网格数量，并提高模型收敛性，并建立整车空气域封闭区域。同时建立冷却系统水域几何模型、风扇域旋转模型，最后将整车空气域、冷却模块水域、风扇旋转域分别建立接口，进行流场、温度场信息传递。
22.步骤2：建立整车物理模型物理模型包含空气域物理模型与水域物理模型。空气域物理模型用于模拟整车空气环境，包含整车发动机舱内、底盘、风扇、冷却模块以及包含整个车的环境风洞空腔的空气域。水域物理模型用于模拟冷却模块内部流动状态，并设置相应冷却模块风测阻尼系数。同时，为冷却模块及风扇单独建立相应局部坐标系，保证冷却模块阻尼方向及风扇旋转轴向的准确性。
23.步骤3：三维整车流场仿真面网格重构后生成体网格，将堵车、怠速工况的边界参数参数输入整车模型中参与计算，输出流场、温度场初始仿真结果，并导出冷却模块表面初始风速分布信息。
24.具体的，边界参数包含工况车速、环境温度、冷却模块散热量、冷却模块阻尼系数、发动机排温及进/排气流量、风扇转速。
25.步骤4：建立空调系统模型采用kuli建立空调系统一维模型，一维模型包含内部相变流动侧，外部空气流动侧。
26.具体的，如图5所示，内部流动侧包含的元件有形成循环通路的膨胀阀1、空调2、蒸发器3、压缩机进口直管4、压缩机5、压缩机出口直管6、弯管7、冷凝器8；如图6所示，外部空气流动侧包含有形成循环通路的冷凝器前保格栅9、冷凝器8、散热器10、风扇11、暖风芯体12、蒸发器3、鼓风机13和外循环进风隔栅14。
27.根据一维相变模型计算得到冷凝器表面准确的温度分布，并将温度结果信息导出。
28.步骤5：一维与三维耦合仿真将一维计算的冷凝器表面温度信息导入到三维模型当中，与三维流场、温度场进行耦合计算，直至模型计算收敛，得到最终的流场及温度场分布。
29.对计算完成的模型进行结果分析，并结合高温流线寻找热回流的路径，如图7和8所示，根据高温流线结果显示可以找到从发动机机舱返回到冷却模块前端、发动机进气口的热气流，进而对关键零部件进行结构优化，最终获得满足设计目标的优化方案。
30.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：建立三维整车几何模型以及整车物理模型，并将两者耦合，形成整车仿真模型；在整车仿真模型上设置边界参数，并进行仿真分析，输出初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果；建立空调系统的相变模型，输入所述初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果，获得冷凝器表面温度分布数据；将所述冷凝器表面温度分布数据导入所述整车仿真模型中，得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果。2.根据权利要求1所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述三维整车几何模型包括空气域整车模型、冷却模块水域模型和风扇旋转域模型，所述空气域整车模型、冷却模块水域模型和风扇旋转域模型的任两者之间设有接口，用于进行流场和温度场的传递。3.根据权利要求1所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述整车物理模型包括空气域物理模型与水域物理模型，所述空气域物理模型用于模拟整车空气环境，所述水域物理模型用于模拟冷却模块内部流动状态。4.根据权利要求3所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述水域物理模型中设置有冷却模块的风测阻尼系数。5.根据权利要求1所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述边界参数包括工况车速、环境温度、冷却模块散热量、冷却模块阻尼系数、发动机排气温度、发动机进气流量和发动机排气流量以及风扇转速，所述工况车速为怠速或者堵车工况下的车速。6.根据权利要求2所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述空气域整车模型包括车体几何模型、底盘几何模型、冷却模块及风扇几何模型、发动机舱各零部件几何模型以及排气系统几何模型。7.根据权利要求3所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述整车空气环境包括整车发动机舱内、底盘、风扇、冷却模块以及整车的环境风洞空腔的空气域。8.根据权利要求1所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：在所述得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果之后，还包括：根据所述最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果，获得冷却模块表面的热回流空气，并获得热回流空气的流动路径，对热回流空气流过的零部件进行密封优化。9.根据权利要求1所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法，其特征在于：所述空调系统的相变模型包括内部流动侧的元件和外部流动侧的元件，所述内部流动侧包含的元件有形成循环通路的膨胀阀、空调、蒸发器、压缩机进口直管、压缩机、压缩机出口直管、弯管和冷凝器；所述外部空气流动侧包含有形成循环通路的冷凝器前保格栅、冷凝器、散热器、风扇、暖风芯体、蒸发器、鼓风机和外循环进风隔栅。10.一种存储介质，其特征在于，其存储有一个或多个计算机可读程序，一个或多个所述计算机可读程序被一个或多个控制器调用执行时，能实现如权利要求1至9任一项所述的获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法。

技术总结
本发明涉及一种获得发动机舱热回流轨迹的仿真方法及存储介质，建立三维整车几何模型以及整车物理模型，并将两者耦合，形成整车仿真模型，并添加网格；在整车仿真模型上设置边界参数，并进行仿真分析，输出初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果；建立空调系统的相变模型，输入所述初始整车流场仿真结果以及初始整车温度场仿真结果，获得冷凝器表面温度分布数据；将所述冷凝器表面温度分布数据导入所述整车仿真模型中，得到最终整车流场仿真结果以及最终整车温度场仿真结果。本发明提高空调的冷却效果、发动机起步动力性以及降低油耗。低油耗。低油耗。


技术研发人员：李江 李义林 王丽华 廖斌 禹慧丽
受保护的技术使用者：重庆长安汽车股份有限公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/11