汽车发动机热管理仿真系统
某车型机舱热管理仿真分析及优化
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ％． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ － ２ ５ ５ ０ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ５ ． ０ １ ２
收稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ９ — ０ １
某车型机舱热管理仿真分析及优化
（ Ｄｏ ｎ ｇ ￣ｎ ｇ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｃｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ， ４ ３ ０ ０ ７ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｉ ｎ ａ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｈ ｏｏ ｄ
，
Hale Waihona Puke 因此必 须采取 有效 地措 施来进 行 汽车 发动
５ ６
汽车科技 ，Ａｕ Ｔ Ｏ Ｓ Ｃｌ ＿ Ｔ Ｅ ＣＨ ２ ０ １ ４ 年第５ 期
机舱热管 理的分析 设计 。
拟 ，其惯性 阻力系数和粘性阻 力系数通过试验 数据
拟合而来 ，同时冷凝器 及散热器换热量设 定为【 占 Ｊ 定
肖 能 ，王小 碧 ，史建鹏 （ 尔风汽车公司技术巾心 ，武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０）
摘 要 ：本文采用Ｃ Ｆ Ｄ 仿 真分析方 法对汽车 发动机舱 内流场和温场进 行仿真分 析 ，考虑
热刈‘ 流 热辐射 的影 响 ，并与试验结 果进 行对 比，误差控制 在 １ ０ ％以内 ，满 足发动机舱热管 理 Ｉ 程设 计的需求 ；并在此 基础上提 出冷却模块 中置与偏置两 种改进 厅案 ．通过对 比选 效
发动机一维热力学仿真介绍
发动机一维热力学仿真介绍
发动机一维热力学仿真是一种用于模拟发动机热力学行为的计算方法。
这种仿真方法基于一维流体动力学理论和热力学原理，通过建立数学模型来描述发动机内部流体的流动、传热、传质等过程。
一维热力学仿真可以用于分析发动机在不同工况下的性能表现，例如在不同转速、不同负载、不同燃料条件下的燃油消耗、排放物生成、燃烧效率等。
通过这种方式，设计人员可以在早期阶段预测和优化发动机的性能，从而减少试验次数、降低开发成本和缩短开发周期。
在进行一维热力学仿真时，通常需要建立以下几个模型：
1. 流体动力学模型：用于描述发动机内部流体的流动过程，包括进气、压缩、燃烧、排气等阶段。
2. 热力学模型：用于描述发动机内部流体的热力学行为，包括温度、压力、比热容、焓等参数的变化。
3. 化学反应模型：用于描述燃料在发动机内的燃烧过程，包括燃烧反应速率、生成物组成等。
4. 控制系统模型：用于描述发动机的控制系统行为，包括点火时刻、喷油时刻等。
在建立这些模型之后，通过数值求解方法，可以计算出在不同工况下发动机的性能表现。
这些结果可以用于指导发动机的进一步设计和优化。
总之，发动机一维热力学仿真是一种有效的工程工具，可以帮助设计人员更好地理解发动机的工作原理和性能表现，从而优化设计，提高燃油经济性、排放性能和可靠性。
载重车热管理系统仿真
发动机额定功率／ 转速 ２ ５ｋ ／ ０ ｍｉ ０ Ｗ ２２ ０ｒ ｎ ／
发动机额定扭矩／ 转速 １１ ２Ｎｍ／ ５ ｍｉ １ １４ Ｏｒ ｎ ／ 轮胎 １． － ０ １ ０ ２ ０
Ｉ：１ ．３； Ⅱ：７０ ０６ ．４；Ⅲ ：４６ ．３；
整车热管理系统分为空气侧和发动机侧两大部 分 ，空气侧 由 Ｃ Ｐ值 （ 由汽车行驶弓 起的空气流动 Ｉ 的压力变化） 、换热器 、风扇 、加热器等元件构成 ，
热管理系统的一维仿真软件平台，利用该软件可以 而发动机侧是 以冷却液循环 、润滑油循环和空调循
环主要构成。冷却系统构成包括 ：
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｈ ｒ ａ ａ ａ ｅ ｅ ｔｍ ｏ ｅ ｓ ｂ ｉ ｐ ｂ ｓｎ Ｌ ．Ｔｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ａ ｔ ｅｍ ｌｍ ｎ ｇ ｍ ｎ ｄ ｌｉ ｕ ｔｕ ｙ ｕ ｉ ｇ ＫＵ Ｉ ｌ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｆｆ ｎ ｌ ｐ ｗ ｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ｎ ｖ ｈ ｃｅ ｔ ｅ ｍ ａ ａ ａ ｅ ｅ ｔｉ ａｙ ｅ ｏ ｇ ｉ ｕａ ｉ ｍ ｅ ｓｍ ｕ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔｏ ｏ ｅ ｉｌ ｒ ｌ ｍ ｎ ｇ ｍ ｎ ａ ｌ ｚ ｄ ｔ ｕ ｈ ｓｍ ｌ ｔ ｈ ｓ ｎ ｈ ｏ Ｔｈ ｉ －
预热与保温系统、气候控制系统 （ 联合式暖风、空 调 系 统和 通风 系统 ）等 集成 为一 个 有效 的热 管理 系 统 ，保证关键部件 、系统安全高效运行 ．控制和优 化热量传 递过程 ，减小冷却 系统 的尺寸 和功率消
商用车热管理系统模型 ，发动机瞬态模拟模型。车 型主要参数如表 ｌ 所示。
ｌ ｔｏ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｌ ｔ ｈ ｆ ｎ Ｃ ｅ ｕ ｅ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ａ ｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｏ ｔ ｏ ｌ ｄ ｃ ｕ ｃ ａ ａ ｒ ｄ ｃ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｐ ｉ ｎ Ａｎ ｙ ｉ ｆ ｉ ｈ ｎ ｍ ｔｏ ． ａ ｓ ｅ － ｌ ｓ
第三代EA888发动机创新型热管理系统
图1 发动机温度调节执行器图2 发动机旋转阀组件分解图行器电机驱动旋转阀1旋转的驱动力越大。
旋转阀2通过一个中间齿轮由旋转阀1上的齿形门驱动。
控制板上的转向角传感器（霍尔传感器）将旋转阀位置发送至发动机控制单元。
发动机停机且接续运行模式结束后，旋转阀自动设置为40°角。
如果系统中有故障，发动机可通过紧急恒温器在此角度范围内运行。
如果没有故障，且发动机起动，旋转阀角度被设置为160°。
执行器是通过图谱由发动机控制单元驱动的。
通过驱动相应的旋转阀，可实现不同的开关位置，从而让暖机较快，并将发动机温度保持在86~107℃。
图4 热能管理系统控制冷却液循环图图3 热能管理系统控制逻辑图3.创新型热管理系统调节过程发动机控制单元根据热能管理系统控制逻辑图（图3）控制着正反转电机运动，而无级调节2个旋转滑阀的开度，实现冷却液温度智能控制。
具体逻辑图有3个基本控制范围：暖机范围、温度控制范围和持续运行模式范围。
当旋转阀1上的齿形门处于145°角位置时，它会接合旋转阀2。
冷却液流向气缸体，着旋转阀2的旋转，液流增加。
当旋转阀1处于85°时，旋转阀2在达到其最大旋转角度时断开联接，冷却液液流流向气缸体的通道完全打开。
暖机范围又分为3个调节阶段：少量液因为旋转阀2仍然接合，该阀进一步旋转，从而增加流经气缸体的冷却液液流。
发动机气缸体内分布大量热量，余热通过机油冷却器释放出去。
（5）温度控制范围创新型热量管理系统以无缝方式从暖机范围过渡到温度控制范围。
旋转阀组件调节是动态的，而且根据发动机负荷而定。
如图9所示，为了释放余热，接自旋转阀组件的主冷却器连接件打开。
为此，发动机温度调节执行器N493根据需要释放的热量的多少，将旋转阀1置于0°至85°的角度位置。
当旋转阀1处于0°角位置时，接至主冷却器的连接件完全开启。
如果发动机在较低的负荷和转速下（部分负载范围）运行，如图10所示，热量管理系统会将冷却液温度调节至107℃。
汽车仿真知识点总结
汽车仿真知识点总结一、汽车仿真的概念汽车仿真是指利用计算机技术对汽车的动力学、热力学、结构强度、流体力学、声学等特性进行数值计算和模拟，以评估汽车的性能和可靠性，并优化汽车的设计。
汽车仿真技术可分为车辆动力学仿真、车辆碰撞仿真、车辆热管理仿真、车辆空气动力学仿真等多个领域。
通过汽车仿真技术，可以更真实地模拟汽车在各种工况下的行驶和工作状态，加快产品设计和优化的速度，提高研发效率。
二、汽车仿真的应用领域汽车仿真技术在汽车工业中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 汽车设计与开发：通过汽车仿真技术，可以对汽车的动力系统、传动系统、悬挂系统、车身结构等进行建模、分析和优化，确保汽车在各种工况下的性能和可靠性。
2. 碰撞安全性评估：通过碰撞仿真，可以模拟汽车在各种碰撞情况下的受力和变形情况，评估汽车结构的安全性，并优化车身设计，提高碰撞安全性。
3. 发动机燃烧仿真：通过发动机仿真技术，可以对发动机的燃烧过程、燃烧效率、排放性能等进行分析和优化，提高发动机的工作效率和环保性能。
4. 空气动力学优化：通过空气动力学仿真，可以对汽车外形、车身尺寸、车身细节等进行优化，降低风阻系数，提高汽车的空气动力学性能。
5. 热管理系统仿真：通过热管理仿真，可以对汽车的散热系统、冷却系统、空调系统等进行分析和优化，确保汽车在各种气候条件下的热管理性能。
三、汽车仿真的常用软件目前，汽车仿真领域有很多专业的仿真软件，常用的软件包括：ADAMS、CARSIM、RECDOYN、MATLAB、SIMULINK、GT-SUITE、ANSYS、FLUENT等。
这些软件在汽车动力学仿真、碰撞仿真、热管理仿真、空气动力学仿真等方面都具有优秀的性能和实用性。
不同的软件在不同的仿真领域有着各自的优势和适用性。
ADAMS是一款集成了多体动力学、刚体动力学和柔性体动力学的仿真软件，可用于汽车的动力学仿真和悬挂系统优化。
CARSIM是一款用于汽车动力学仿真和车辆控制系统仿真的软件，可用于汽车的悬挂系统、转向系统、制动系统等的建模和设计。
车辆热管理系统的建模与仿真
车辆热管理系统的建模与仿真作者：世冠工程公司车辆热管理系统广泛意义上包括对所有车载热源系统进行综合管理与优化，现阶段主要研究对象通常以冷却系统为核心，综合考虑润滑系统油冷器、空调系统冷凝器及中冷器等与冷却系统之间的相互影响，而发动机冷启动特性研究和发动机舱流动传热分析为车辆热管理研究的首要问题。
典型的车辆冷却系统（见图1），包括：冷却水泵、发动机、油冷器、节温器、散热器、暖风与膨胀水箱等部件。
图1 典型车辆冷却系统结构通过对系统进行建模仿真计算，必须考虑以下物理现象：1.系统各支路流量、压力与温度分布；2.节温器的工作特征；3.系统动态过程温度波动；4.系统各处的换热情况。
车辆冷却系统AMESim针对车辆冷却系统提供了热库、热流体库及冷却系统库等专业库，涵盖了冷却系统建模所需要的全部部件，通过鼠标拖放操作就可以快速建立起冷却系统的仿真模型。
图2 AMESim车辆冷却系统模型图2为应用AMESim建立起的车辆冷却系统模型，该模型需要输入的参数如下：1.实际系统的管网结构；2.采用冷却液的种类；3.各段冷却水管的几何尺寸；4.水泵特性曲线；5.系统各部件的流阻特性（散热器、油冷器和水套等）；6.散热器性能MAP图。
通过设定系统外部边界条件（大气压力、大气温度等）及系统初始条件，给定仿真周期，AMESim能够自动选择最优的积分算法与步长，快速完成系统瞬态计算。
AMESim车辆冷却系统典型仿真结果见图3。
图3 AMESim车辆冷却系统仿真结果由图3可见，通过AMESim建模仿真可以计算系统各支路流量与流动阻力，对系统整体性能进行评估，选择关键部件的尺寸并设计控制策略等。
基于AMESim冷却系统解决方案，工程师可以研究新的部件、新型结构对系统效率和性能的影响，包括：1.分析采用新型电子水泵和电子节温器的影响；2.分析系统最高工作温度；3.分析新的部件、新的布置结构以及管路尺寸的影响；4.分析更高的水箱压力对汽蚀的影响。
KULI软件介绍
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13. KULI 参数灵敏度分析：分析多个参数条件对研究目标的影响程度 14. 图形化的后处理器，对于结果的展示
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MODINE
进口 Cp
冷凝器
整车参数：
发动机功率：294kW 变速器：12 个档位 重量：44 吨 (包含牵引车和半拖车)
冷却零部件：
空调循环冷凝器 中冷器 散热器 缓速器-热交换器 油冷却器 机械风扇
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5. 高级发动机模块： 根据内置算法为模拟提供真实瞬态散热量
6. 非平均气流分布
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Off-road部分： • 系统最优化：油冷循环-中冷循环-冷却液循环 • 冷却系统测试(TIRE3) • 农用拖拉机、挖掘机驾驶舱空调
结合以上软件模拟ECS还提供以下服务： • 温度测试 • 噪音测试及优化 • CFD模拟 • 冷却系统以及散热器温度波动测试 • 发动机改进设计 • 以及其它服务
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汽车发动机热管理系统研究与应用
汽车发动机热管理系统研究与应用一、前言随着科技的不断发展，汽车行业也在不断的发展创新，尤其是在汽车发动机热管理系统方面，也有了新的进展和应用。
热管理系统是指对汽车引擎工作温度进行调整和控制的一系列系统，主要用于保障发动机的可靠性和安全性。
本文从热管理系统的概念入手，分别从热管理系统的组成、传热原理、工作原理、技术特点等方面进行探讨和分析，同时还探讨了热管理系统的发展趋势和应用情况等相关内容。
二、热管理系统的组成汽车发动机热管理系统由三部分组成，分别是散热系统、冷却系统和加热系统。
（一）散热系统：散热系统是指用于对发动机进行散热的一系列系统。
其中最为核心的设备是汽车散热器，其主要功能是将经过发动机散热水管内的水冷却后，流经汽车散热器内部，通过换热器的热交换作用，将水中的热量传递给大气。
这样，就能使发动机冷却而不致过热，从而保障发动机稳定工作。
（二）冷却系统：冷却系统是指用于保障水的循环和传导的一系列设备。
其主要由水泵、水套、水箱、水管等部分组成，通过循环冷却剂，使得热量不停流动，从而维持发动机最佳工作温度。
（三）加热系统：加热系统是指在低温情况下对发动机进行加热的系统，以增强发动机启动的可靠性。
其主要包括点火系统、曲轴箱内加热器等。
三、传热原理热管理系统的传热原理是通过热交换的方式，将散热水管内的冷却液与汽车空气之间进行热量交换，使得发动机的温度得以调节和控制。
热交换的方式主要有三种，分别是传导、传动和对流，其中自然对流和强制对流是应用最为广泛的两种方式。
四、工作原理将汽车发动机组成的热源与散热对象之间的热量能量移动实现调节和控制发动机的温度，是汽车发动机热管理系统的核心功能。
系统能够使发动机在整个工作过程中始终处于一个非常合适的温度范围内，从而达到提高效率、保障发动机的稳定、延长汽车寿命的目的。
五、技术特点（一）自适应控制：热管理系统具备自适应控制的功能，它能够感知到环境温度和发动机工作参数等多方面的因素，自动进行温度调节。
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图４发动机热负荷和冷却水泵转速随时间的变化
３）、发动机舱内外流动与传热仿真系统…
发动机舱内流场及温度分布对热管理系统的性能具有十分关键的影响，而发动机舱内流动和发动机舱外的汽车周围流场具有强烈的相互耦合作用。
通过对汽车绕流和发动机舱内的复杂离旋涡流动结构特点和机理进行研究，发展相应算法，对ＩＣＥＭ—ＣＦＤ、ＳＴＡＲ—ＣＤ和ＦＬＵＥＮＴ进行二次开发，初步建立了适用于汽车绕流和发动机舱内流动与传热的仿真系统，可对发动机舱内外流动与传热进行分析（如图５和图６所示）。
该系统具有如下特点：
围５发动机舱内外流动
①精度高，计算量小。
采用求解域分区、结构／非结构网格耦合等技术，可根据流场结构特点有效控制网格疏密，提高流场计算精度，减少所需网格量，可减小高达８０％的计算量。
应用该平台对Ａｈｍｅｄ模型流场进行计算，与实验结果的误差仅为１．８５％。
②专业化。
物理数学模型应用了汽车空气动力学与热管理的最新研究成果，包括地面效应、适应发动机舱内外分离流动的湍流模型等，专业程度高。
③实用性好．一定程度自动化。
整个仿真系统具有良好的适应性和操作性，能对各种类型、大小和行驶工况的汽车外部和发动机舱内流动与传热进行分析。
所有操作步骤完全程序
化和模块化，将设计与研究人员从繁杂的建模中解放出来，且有利于非专业的人员应用。
例如，该平台所生成的外部区域网格和基于网格上的定解条件可重复应用，工作量减小，工作效率提高。
对于不同车型可生成自适应网格，在读入相关车身及发动机、热管理系统几何数据后，可自动根据缺省设置的初始条件和边界条件，对典型工况的发动机舱内外流动与传热作出计算分析，并得出主要数据结果。
图６发动机舱内流动与传热特性
３小结
（ｉ）．先进的汽车发动机热管理系统设计须同时考虑发动机、冷却系统、润滑系统、空调系统及发动机舱内外的相互影响。
发动机热管理仿真已成为热管理研究与设计的基本工具。
同实验相比，仿真具有可预先研究、无条件限制、信息丰富、成本低、周期短等～些显著特点。
（ｉｉ）开发的仿真系统可对发动机热管理流体网络系统及发动机舱内外的流动与传热特性进行联合仿真分析，为热管理系统的集成优化设计、运行和控制提供理论基础，揭示系统复杂动力学过程的机理，并可为热管理系统的故障诊断提供依据。
参考文献
ＭａｈｍｏｕｄＫＧ，ＬｏｉｂｎｅｒＥ．ｗｉｅｓｌｅｒＢ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄｖｅｈｉｃｌｓｔｈｅｒｍａｌ
ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｃｏｎｃｅｐｔａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ．ＳＡＥＰａｐｅｒ２００３一０１—０２７６
Ａ１１ｓｎＤＡ，ＬａｓｅｃｋｉＭＰ．ＴｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｃｏｏｌａｎｔｆｌｏｗＳＡＥＰａｐｅｒ２００１—．０１—－１７３２
ＺｈａｅｇＹＪ，Ｏｕｙａｎｇ啪，ＬｕｏＪＸ，ｇｈａｎｇｇ，ＷａｎｇＹＪ，Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｖｅｈｉｃｌｅｆｕｅｌｃｅｌｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．ＳＡＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＰ一１７４１，２００３：２５９—２６４
ＺｈａｎｇＹＪ，ＬｖＺＨ，ｘｉｅＪＭ，ＴＵＳＲ．Ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｆｌｏｗｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓａｒｏｕｎｄｖｅｈｉｃｌｅｂｏｄｉｅｓｕｓｉｎｇｕｎ８ｔｒｕｃｔｕｒｅｄｈｙｂｒｉｄｇｒｉｄｓ．ＳＡＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＰ一１６６７．２００２：１２９—１３６
汽车发动机热管理仿真系统
作者：张扬军， 张钊
作者单位：清华大学汽车工程系;汽车安全与节能国家重点实验室(北京)被引用次数：1次
本文链接：/Conference_4405096.aspx。