5.2.2.2 动力系统热管理性能的CAE仿真与优化

1.动力系统热管理性能的CAE仿真

动力系统热管理系统及零部件目标确定后，通常系统的设计和零部件的选型是多方案、多组合的，下一步是通过CAE仿真对各方案性能的达成情况和可行性进行预测和评估，确定最终方案。如果存在风险，需要进行方案优化，开展新一轮的预测和评估，直到目标达成。动力系统热管理性能一维仿真流程图如图5-24所示。

当整车外表面数据和冷却模块性能数据准备好后，首先进行发动机舱流场CFD仿真分析，参考5.2.1节，得到各换热器的进风量，见表5-11。然后根据零部件初版性能数据搭建热管理系统一维仿真模型，通常采用商业软件进行，如KULI、AMESim、Flowmaster等，再通过原型车或相似车型的试验数据进行相应的标定。

以KULI为例，动力系统热管理系统一维仿真模型分为气侧和液侧两个部分，气侧包括冷却模块进风通道中的部件，主要有C_p、散热器、冷凝器、冷却风扇及BIR（Built-In Resistance）等模块；液侧包含冷却液回路、变速器油回路中的部件，如图5-25所示。

通常CFD计算的风量耦合到一维模型有以下3种方式，可以根据使用习惯和仿真精度需求选择使用。

1）直接加载到对应换热器上进行稳态计算，该方法计算的温度值比实际值略低。

2）用CFD计算的风量标定BIR后进行稳态计算，该方法计算周期短，仿真精度比方式3）略低。

3）用CFD计算的风量标定BIR后进行瞬态计算，瞬态计算可以考虑发动机本体的散热，计算精度较高。

当关注进风不均匀性的影响时，可以进行一维/三维耦合协同仿真的方式，但考虑到计算的时效和效果，通常还是采用阻力矩阵耦合的方式进行非实时协同仿真。

设置好模型仿真参数后，见表5-12，即可开始仿真计算，得到各工况下的计算结果，分析判断各工况是否存在风险，见表5-13。

2.优化方案及仿真验证

对于动力系统热管理性能仿真中不满足的目标项，需要制订优化方案，经过多轮、多方案的仿真验证，直至达成项目需求。

动力系统热管理系统的负荷由发动机的散热性能决定，而发动机的散热量在开发阶段就基本确定，虽然搭载不同变速器会有差异，但不会有大的变化。因此，优化的方法主要有以下3个方面：

（1）优化格栅开口 在整车其他性能允许的前提下，适当加大格栅开口面积，以增加进入发动机舱的空气流量。

（2）优化空气回路设计 主要包括导风结构、漏风点、零部件风阻的优化，提升进风利用率，以提升冷却模块进风量，风阻优化与散热性能提升的关系曲线如图5-26所示。

（3）零部件性能提升 如果以上优化方法都不能或需要较大代价才能消除性能目标的达成风险，可以考虑提升零部件性能的方式优化动力系统热管理系统的性能，比如提高换热器单体的换热效率，提升冷却风扇功率，增大冷却风扇通风面积（双风扇或风扇护风罩开窗）。