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利用Simcenter STAR-CCM+进行汽车驾驶循环工况热管理仿真分析
2020-07-31 22:07:01· 来源：STAR CCM Online 作者：何安定
通常，当车辆在城市环境中运行时，总会碰到红灯或者交通拥挤的情况，车辆一般会走走停停。如图一所示的汽车驾驶循环工况，大部分时候车辆处在低速或者怠速状态。
通常，当车辆在城市环境中运行时，总会碰到红灯或者交通拥挤的情况，车辆一般会走走停停。如图 一 所示的汽车驾驶循环工况，大部分时候车辆处在低速或者怠速状态。当车辆处于走走停停的状态下，热负荷增加，可能造成过热，甚至更严重的热负荷问题，汽车发动机或者部件的失效往往都是发生在这样的驾驶循环工况条件下。如果不在设计的早期进行很好的分析预测，一旦设计将要完成时，解决该问题是非常困难和昂贵的。
图一 汽车驾驶循环工况
一般来说，在高速行驶工况下，我们一般关心的是车辆的风阻问题。通过减少前端进气，尽量降低车辆的风阻，有利于获得很好的燃油经济性，如图二所示。然而，在低速工况下，由于前端进气量的减少会给发动机舱的散热带来很大挑战，如图三所示。如何平衡车辆在不同驾驶工况时的需求显得尤为重要。
图二 高速行驶工况
图三 低速爬坡工况
在过去，很多公司的热管理工程师都是采用一维的模型来进行热管理评估。但这样的过度简化往往无法准确了解发动机舱内各部件的准确散热情况和极限温度，因此会误导车辆的热管理设计。但在全三维瞬态的完整驾驶循环工况中，往往计算工作量巨大，需要很长的模拟时间。造成这样状况的一个重要原因是流体流动的时间步长和固体传热的时间步长往往差了几个数量级，流动变化很快，而传热速度很慢。如果采用统一的计算模型，时间步长就需要设置很小，计算量就会成倍增加。
Simcenter STAR-CCM+软件采用Co-Simulation功能很好地帮助客户解决了这一棘手问题。我们可以把计算域中的流体域和固体域分开到两个STAR-CCM+计算模型中，利用Co-Simulation功能把这两个模型实时连结起来进行耦合计算。分别采用不同的时间步长，甚至在某些时候流体可以采用稳态计算。这样就可以大大加快计算速度。如图四所示。
图四 利用Co-simulation功能进行汽车驾驶循环工况分析
下面的视频是国外某著名汽车OEM厂商利用Simcenter STAR-CCM+软件进行的完整汽车驾驶循环工况的仿真分析，所有这些分析结果的后处理展示及视频制作也是在Simcenter STAR-CCM+软件中进行的。
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