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汽车分析案例-v1
发布时间: 2015-05-25    点击量: 1224

案例一:轿车空调冷凝器气流场仿真及优化

简介:

利用CFD软件的分析,保持风口位置基本不变的前提下,使风口出风准确的导向乘员头部、躯干等热敏感性部位,提高了冷风对人的冷却效率;对比体表温度、流场走向等参数,优化后的流场能够有效的提高舒适性。

实体模型

具体描述:

汽车空调作为提高乘坐舒适性的一种重要手段已成为举足轻重的汽车附件,其性能的好坏直接决定用户的满意度。其中通过空调冷凝器的冷却气流能否及时带走制冷剂放出的热量对维持空调系统正常运行起到重要作用。但是发动机舱内空间狭小,周围部件多且几何形状复杂,在这种情况下,合理地组织气流,保证充足的气流均匀地流过冷凝器,减少来自于发动机舱后部的回流热空气等都是设计汽车的要点,这些都对工程师提出了巨大的挑战。

以下是对轿车空调冷凝器气流场仿真及优化的案例。图2所示的是发动机舱和冷却模块示意图。图3优化前后乘客体表及头部温度对比,优化后乘客体表及头部温度更接近舒适的温度,舒适性得到了提高。

发动机舱和冷却模块示意图


优化前后乘客体表及头部温度对比


案例二:发动机冷却系统分析

简介:

前端冷却模块布置方案,主要是用来确定冷却模块及冷却风扇的型号、位置以及相对位置关系。

前端冷却模块布置示意图

具体描述:

前端冷却模块布置是对散热器、冷凝器、中冷器、冷却风扇、前端进气口以及发动机之间的相互位置关系进行确定,并对散热器、冷凝器、中冷器以及冷却风扇的型号进行选取。通过准3D模拟可以方便快速地对不同方案进行比较。

以下是对汽车前端冷却模块布置分析的案例。图2所示的是两种前端进气开口的方案。图3是两种方案的中冷器进气速度分布对比。图4两种方案的冷凝器进气速度分布对比。为开发前期前端冷却模块布置提高重要参考,提高设计的成功率。

两种前端进气开口方案


中冷器进气速度分布对比


案例3:发动机舱内散热分析

简介:

发动机舱内散热分析是对发动机舱内的冷却气流的流动情况以及各部件的散热情况进行模拟,对关键部件,如ECU、蓄电池、发电机线圈等的受热情况进行模拟,确保各部件的工作温度在工作温度限值以内。同时对发动机舱内的散热情况进行优化,如优化舱内冷却空气的流动状态,增加必要的热保护装置等。

几何模型


具体描述:

发动机舱散热分析有很多难点:发动机舱内散热分析需要完整的车身、底盘、发动机、舱内部件的CAD数据,数据处理机网格生成的难度和工作量非常大;发动机舱内的流动和传热现象十分复杂,一些关键缝隙和孔洞对散热性能有重要影响;发动机舱内的热辐射非常强烈,对散热性能有着决定性的影响;发动机舱内散热分析需要考虑冷却模块、冷却风扇等部件的工作性能,需要进行相关的单体试验。在进行热辐射模拟时,还需要各部件的材料参数等。

以下是发动机舱内散热分析的案例。图2是近壁气体温度分布,图3是对流换热系数分布。对发动机舱内的散热情况进行优化提供技术指导。

近壁气体温度分布



对流换热系数分布


空间温度分布之二


案例4:排气歧管流固耦合分析

简介:

排气歧管的结构振动是比较大的,在结构分析之前,我们必须了解其热边界条件。不同工况下,排气歧管的温度分布是不一样的,我们通过CFD的手段,可以很直观的了解并得到数据。

排气歧管几何模型

具体描述:

发动机排气歧管工作中,承受交变的热载荷、振动载荷,其工作状态十分复杂、恶劣。若设计不良可能会导致漏气、裂纹甚至失效等问题。排气歧管内部流动介质是高温发动机排气,外部流动介质是发动机舱内空气,要准确模拟其自身温度场需要使用流固耦合分析方法,进而进行热应力、热应变分析,评估排气歧管安装面的密封性与工作可靠性。

本案例建立排气歧管的流体网格和结构网格,甚至包括歧管外围的流体网格,采用稳态CFD或者瞬态CFD的分析方法。图2为流体网格,图3为结构网格,图4为流固耦合的网格,图5是歧管的温度分布,最高温度分布的位置跟实验值很吻合。


流体网格


结构网格


流固耦合的网格


歧管的温度分布


案例5:空气滤清器压差分析

简介:

应用计算流体力学方法对空气滤清器内部流场进行仿真计算,模拟了空气滤清器内部空气的流动状况,计算出了空气滤清器进出口压力差。

具体描述:

空气滤清器是滤除空气中的灰尘和杂质,将清洁空气送入发动机,以减少气缸、活塞和活塞环之间磨损的有效装置。随着汽车排放法规日趋严厉,对空气滤清器的性能要求也越来越高,其内部复杂的流动是影响其性能的重要因素。流动的不均匀性,会产生涡流和气流分离现象,引起流动阻力。空气滤清器作为发动机的重要进气附件,性能的优劣会影响发动机的动力性、经济性和使用寿命,提高滤清器内部气流流动均匀性,减小滤清器的流动阻力是提高滤清器性能的关键。

以下是空气滤清器的分析案例。图1是空气滤清器各部分的压差。

空气滤清器各部分的压差


案例6:发动机水套流动分析

简介:

利用计算流体力学软件对发动机冷却水套进行三维数值模拟研究,考察整体压力损失和局部流动死区。

具体描述:

冷却系统影响发动机的燃烧过程,进而影响发动机的动力性、经济性、排放指标和可靠耐久性等。随着计算机技术发展,CFD在发动机开发过程中得到了越来越广泛的应用。由于发动机冷却水套结构复杂,内部流动不易被观察和测量,故CFD技术已经成为评价和优化设计冷却水套的重要手段。

以下是发动机水套流动分析的案例,对发动机冷却水套进行三维数值模拟研究,并对热负荷较高的缸盖火力面和缸体上半部分区域的冷却情况及整个系统内的压力损失就行了分析评价。图1是水套模型,图2是某截面速度标量云图,图3是另一截面速度标量云图。


案例7:汽车风道计算解决方案

简介:

在汽车风道系统设计时,要保证将其制冷和采暖设备的出风均匀地送入车厢内。在满足该使用效果的前提下,尽可能地做到结构简单,制造方便,与车内内饰设计及附件相协调,利用CFD的技术,我们能很直观的了解风道内气的流动情况,为我们设计提供技术指导。

具体描述:

由于汽车车室内部的空气流动受有限的车厢空间的限制,汽车空调风道的压力损失问题较为严重,风道压力损失是由沿程压力损失和局部压力损失两部分组成。风道沿程压力损失是空气沿风道管壁流动时,由空气与管壁之间的摩擦、空气分子与分子之间的摩擦而产生。局部压力损失是由于空气在风道中的流量、流动方向或速度骤然突变时,会在风道内发生涡流或速度的重新分布,从而使流动阻力大大增加,造成能量损失。例如当空气流过三通管、四通管等部件时,因流量改变而产生的局部阻力损失;当空气流过弯管、渐扩管、渐缩管、风门等部件时因气流速度或方向改变而产生的局部阻力损失。

由于风道结构复杂,内部流动速度及压力分布不容易被测量,应用CFD的手段,可以很方便的观察到内部气流及压力的分布,为风道的改进优化提供技术指导。图2是风道速度分布矢量图,图3是风道压力分布云图。


案例8:卡车外流场气动分析

简介:

以某品牌卡车模型,对卡车外流场CFD计算分析过程与结果做了通用性的描述,通过与实验和设计数据进行对比,得到了比较合理的结果,能给卡车的气动设计提供一些参考性的建议。

具体描述:

随着计算机技术的发展,CFD的方法被运用到汽车空气动力学研究中。汽车外流场数值模拟就是利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析,与传统的研究方法结合,有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。 

汽车车身的外形设计的主要依据是机械工程学、人机工程学和空气动力学。前两者决定了汽车的基本骨架,从内部制约了汽车车身的外形,空气动力学则是来自汽车外形的制约条件。空气动力特性直接影响着汽车的驱动特性、稳定性、操作性、燃油经济性、加速性能和噪声特性等。有的时候甚至直接影响行驶安全。

本案例是某品牌卡车外流场气动分析。


案例9: 发动机曲柄连杆机构动力学分析

简介:

对于发动机在运行中的曲轴连杆往复机构和配气机构进行动力学分析,以求得各种转速下的机构的运动性能和动力性能。

具体描述:

曲柄连杆机构是内燃机的主要组成之一,其动力学特性对内燃机的工作可靠性、振动、噪声等有较大的影响。由于曲柄连杆机构的整个传动链是由一系列几何形状和刚度、质量各不相同的零部件所组成,而且曲轴通过多个轴承与气缸体连接,采用传统的方法难以准确地确定曲轴各轴颈的载荷、活塞对气缸的侧推力以及发动机的输出特性。

利用柔性多体动力学方法建立了发动机曲柄连杆机构动力学仿真分析模型。并根据所建立的模型,对某汽车发动机曲柄连杆机构的运动学、动力学特性进行了仿真。通过仿真计算,得到考虑曲轴柔性时的曲轴主轴颈、连杆轴颈载荷、活塞、连杆等惯性力以及发动机的输出特性。为发动机曲柄连杆机构的设计与改进提供了重要依据。

 

案例10: 汽车座椅优化

简介:针对乘用车后排座椅试验工作中遇到的不同失效问题,以某车型后排座椅为研究对象,通过对影响后排座椅性能的各主要参数进行逐一对比分析与研究,为产品工程师在前期产品概念设计中方案的可行性分析以及项目潜在风险识别起到了极为重要的借鉴价值

具体介绍:

以某款后排分体式座椅为研究对象,结合实际台车试验,利用有限元前后处理软件ALTAIR HYPERMESH对其进行建模,利用LS-DYNA求解器进行台车动态模拟分析。并通过座椅的台车试验来验证有限元分析结果的正确性,然后利用经试验验证了的座椅有限元分析模型,对该座椅主要参数进行分析研究与对比,总结出后排座椅在应对行李箱后部撞击的被动安全性结构设计方法。


案例11:汽车座椅抗冲击与减重优化分析

简介:运用某商业软件,在尽量不改变相邻配合件的目标下,提出了座椅骨架设计方案,在保证座椅骨架强度和刚度的基础上,实现部件的轻量化。

具体描述:

传统的客车座椅骨架多以冲压钢板(管)焊接而成,因此往往重量偏高。而铝合金及其加工件具有一系列优良特性,诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能优良及较高回收再生性等。若能将其应用于汽车座椅骨架,那么减重效果是很明显的。本案例为铝合金汽车座椅骨架的优化设计提供技术指导。

空间温度分布之一



冷凝器进气速度分布对比



案例12:液力变矩器流场分析

简介:运用某商业软件对其内流场进行数值模拟,通过求解器计算得出变矩器的原始特性,把原始特性计算结果与试验数据进行对比分析,并对其进行性能的改进提供技术指导。


图1 液力变矩器模型

具体描述:

液力变矩器是流道封闭的多级透平机械,内部为复杂的三维粘性流动,用束流理论无法准确获取流场特性。随着计算流体动力学和计算机软、硬件技术的发展,使得对液力变矩器内流场的研究越来越深入。传统的设计方法主要是依据简化的一维束流理论,以试验经验为基础对变矩器进行设计。传统方法有其自身的优越性,但其缺点更加明显。由于是简化的模型,所以设计往往会需要大量的试验进行校正。这就造成了设计成本的增加和设计周期的增长。

本案例根据计算流体动力学理论,利用商业软件对其内流场进行数值模拟,这样一方面减少了对试验的依赖,另一方面大大的降低了设计开发过程的成本,为进一步提高液力变矩器性能积累经验资源。


案例13:汽车拖车车架减重优化

简介:

运用某商业软件对现有超重车架进行分析校核,采用优化方法对车架进行优化分析,通过一个完整的车架优化设计方法和流程,减轻车架重量,缩短设计周期,降低产品开发成本。

具体描述:

车架总成是主要安全结构件,该部分强度直接影响到整车的承受能力,是整车强度设计重要考虑的部分,在设计中为了提高车架的抗弯强度,左中右三个部分分别焊有强度较高的大梁。


案例14:叉车的减振优化分析

简介:

本案例以提高车架一阶固有频率值为目标,以车架上几处薄板件的厚度值为设计变量、以车架质量为约束条件,进行了优化设计。并利用有限元方法对优化后的模型进行了模态分析以及谐响应分析,分析结果表明优化后的车架消除了怠速下共振的问题。

具体描述:

叉车车架作为主要的承载基体,其低阶模态参数不仅反映了车架的整体动态刚度性能,而且是控制整车振动特性的关键指标。在实际工况中,车架主要受到两种激振力的影响:一是发动机工作时,工作冲程燃烧爆发压力和活塞往复惯性力引起的简谐激振;二是行驶时路面不平度对车轮作用的随机激励。因此,求解和优化车架的低阶模态参数对避免车架在怠速工况下共振具有重要的意义。