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優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的氣流對(duì)于確保設(shè)備安全可靠地運(yùn)行至關(guān)重要。此外，它還可以減少車輛的行駛阻力，提高性能和燃油效率。然而，在實(shí)驗(yàn)室或風(fēng)洞中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的冷卻效果進(jìn)行測(cè)試是不夠的。因?yàn)樵O(shè)備需要能夠在諸如沙漠、雪原和潮濕的氣候等極具挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常會(huì)選擇犧牲重量和性能的過度設(shè)計(jì)。

(資料圖)

仿真技術(shù)使工程師能夠可視化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的氣流和溫度分布。為了同時(shí)達(dá)到冷卻和燃油效率目標(biāo)，我們可以對(duì)風(fēng)扇和通風(fēng)口的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，與此同時(shí)，對(duì)實(shí)際天氣工況進(jìn)行虛擬分析也有助于減少所需的物理原型的數(shù)量。所有這些因素都可以縮短開發(fā)時(shí)間并降低成本，使工程師能夠改進(jìn)尺寸、重量和效率，從而獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

本文將介紹SIMULIA軟件如何解決發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻仿真面臨的挑戰(zhàn)，從而節(jié)省時(shí)間和金錢。

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發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻面臨的挑戰(zhàn)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的沖壓空氣

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的溫度分布

發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不能正確散熱，就會(huì)導(dǎo)致性能下降、故障、災(zāi)難性故障，甚至有引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)。冷卻氣流可以保持熱效率，防止部件過熱以及后續(xù)的安全和耐用性問題。需要平穩(wěn)加熱避免熱沖擊效應(yīng)，同時(shí)為了防止溫度熱點(diǎn)引起結(jié)構(gòu)部件失效，均勻的冷卻氣流分布至關(guān)重要。

空氣冷卻是發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱管理的重要組成部分，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)周圍和整個(gè)車身的空氣流動(dòng)。從廣義上講，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻分析可分為兩類：

對(duì)于道路應(yīng)用，車輛通常以足夠的速度移動(dòng)，沖壓空氣可以用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，這時(shí)沖壓空氣會(huì)由于汽車高速運(yùn)動(dòng)強(qiáng)制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)艙。使用沖壓空氣減少了對(duì)風(fēng)扇冷卻的需求，但也增加了汽車氣動(dòng)阻力，因此降低了燃油效率。此外，還需要注意的是，當(dāng)沖壓空氣不可用時(shí)（例如在低速爬坡時(shí)），要確保具備足夠的冷卻能力。

本文將重點(diǎn)討論的另一類是非公路設(shè)備和固定式機(jī)械，它們不能利用強(qiáng)制沖壓空氣。所有的氣流都需要風(fēng)扇來驅(qū)動(dòng)。這些風(fēng)扇會(huì)占用設(shè)備內(nèi)部的空間，增加設(shè)備的總重量。為了設(shè)備在任何可能的條件下都能提供足夠的冷卻，需要遵守尺寸、重量、噪聲和最小功率需求等其他設(shè)計(jì)限制下對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化。

重型機(jī)械必須在極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中工作。根據(jù)應(yīng)用的不同，這種挑戰(zhàn)性環(huán)境可能是赤道上炎熱潮濕的地區(qū)，也可能是寒冷干燥的高海拔地區(qū)（氣壓普遍很低）。對(duì)于移動(dòng)車輛來說，路面本身就是車輛空氣動(dòng)力學(xué)的重要因素，且周圍的障礙物（如樹木或隧道墻壁）也會(huì)影響氣流。這些場(chǎng)景很難用比例模型和風(fēng)洞來再現(xiàn)，因?yàn)槲锢碓屯ǔ１贿\(yùn)送到有代表性的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)過程是緩慢且成本高昂的，會(huì)潛在地影響開發(fā)進(jìn)程以及產(chǎn)品上市的時(shí)間安排，這是因?yàn)橹挥性诋a(chǎn)品開發(fā)后期階段，完整的原型和測(cè)試設(shè)施可用時(shí)才能進(jìn)行真實(shí)環(huán)境測(cè)試。

最壞的情況決定了冷卻風(fēng)扇的大小。這很難在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試，因此設(shè)備通常在設(shè)計(jì)時(shí)保留非常寬的安全裕度。如果能夠更準(zhǔn)確地描述最壞情況下的冷卻效果，就有可能減小冷卻設(shè)備的尺寸和重量，從而釋放空間，或者減少車輛的總質(zhì)量。

通過非公路設(shè)備冷卻模塊的氣流

通過仿真助力發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻設(shè)計(jì)，即可有效避免試錯(cuò)的過程。在物理樣機(jī)搭建之前用戶便可以分析冷卻系統(tǒng)在任何環(huán)境下的表現(xiàn)。我們不僅可以對(duì)不同的環(huán)境溫度和風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行建模，而且也可以對(duì)路面狀況和物理環(huán)境進(jìn)行建模。

使用虛擬測(cè)試不僅降低了與物理樣機(jī)制造相關(guān)的成本，而且也支持在設(shè)計(jì)流程的早期識(shí)別并解決潛在問題。采用仿真技術(shù)不僅降低了與產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，而且還降低了成本、加快了上市進(jìn)程。

通過仿真，工程師可以洞察發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣流模式和熱量分布。多物理場(chǎng)仿真同時(shí)模擬風(fēng)扇和熱交換器等部件，使其更容易確定冷卻問題的根本原因并找到解決方案。瞬態(tài)仿真能夠預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中溫升過程，有效保障產(chǎn)品使用壽命。

SIMULIA仿真工具可以與設(shè)計(jì)和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)合使用?；贑AD數(shù)據(jù)可立即轉(zhuǎn)化為仿真模型，因此在設(shè)計(jì)流程中可以考慮冷卻系統(tǒng)。為了考慮發(fā)動(dòng)機(jī)艙所有部件溫升過程以及對(duì)氣流影響，工程師可以在仿真模型中涵蓋整個(gè)系統(tǒng)。

風(fēng)扇葉片的精確幾何結(jié)構(gòu)會(huì)影響它們的性能。SIMULIA軟件可以高效地仿真真實(shí)旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇場(chǎng)景，從而對(duì)精確設(shè)計(jì)（而不僅是基本的簡(jiǎn)化模型）進(jìn)行優(yōu)化。

SIMULIA提供了針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻需求量身定制的行業(yè)解決方案，因此工程師無需成為仿真專家就可以快速上手仿真。工程師可以跨專業(yè)（如發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)或車身概念）協(xié)作，從而在冷卻方案和其他因素之間做出正確的權(quán)衡取舍，并更快地推出最終設(shè)計(jì)?；谠频淖詣?dòng)化解決方案可用于非公路用發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻仿真，與傳統(tǒng)手動(dòng)方法相比可節(jié)省80%的時(shí)間。

發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全可靠的性能至關(guān)重要。道路車輛和固定設(shè)備的冷卻模塊都可以通過仿真分析和優(yōu)化來滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。工程師可以預(yù)測(cè)設(shè)備在極具挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)環(huán)境和氣候條件下的性能，節(jié)約樣機(jī)制作并將其運(yùn)送到測(cè)試地點(diǎn)的高成本過程。在設(shè)計(jì)流程中運(yùn)用仿真技術(shù)不僅有助于節(jié)省時(shí)間和資金，而且能夠幫助減小冷卻模塊的尺寸和重量，并降低認(rèn)證不合格的風(fēng)險(xiǎn)。SIMULIA提供完整的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)冷卻仿真工具，其中包括針對(duì)極具挑戰(zhàn)性非公路應(yīng)用的云端自動(dòng)化解決方案。

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