明導：設計一個復雜的汽車冷卻系統(tǒng)

上海2013年1月22日電 /美通社/ -- 電子設計自動化技術的領導廠商 Mentor Graphics（明導）近日發(fā)布一份題為《設計一個復雜的汽車冷卻系統(tǒng)》的研究報告，介紹了明導電子最近推出的一個有效結合和利用一維 CFD 工具 Flowmaster® 和三維工具 FloEFD® 特長的解決方案，如何為復雜的汽車冷卻系統(tǒng)工作。

作者為明導電子機械分析部門 John Isaac。中文版的報告全文可在 Mentor Graphics 的官方網站閱讀和下載：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=184

本文作者明導電子機械分析部門 John Isaac

前言

在當今的汽車領域，許多系統(tǒng)和零部件在設計過程中都需要進行計算流體力學 (CFD) 分析來確保其較佳的性能、可靠性、成本和上市時間。這些系統(tǒng)和零部件有可能是結構件，也有可能是電子元件，或者兩者皆是。CFD 分析是系統(tǒng)設計的三大方法之一。在設計早期和整個設計過程中將“虛擬樣機”結合 CFD 分析，能以較低的成本（更少物理樣機）提供最優(yōu)化的系統(tǒng)，并讓系統(tǒng)更快上市。

復雜汽車系統(tǒng)中非常有代表性的例子是發(fā)動機和潤滑油冷卻系統(tǒng)。說它復雜是因為它不僅包含冷卻液輸送管道系統(tǒng)，還包含能真正使發(fā)動機冷卻的發(fā)動機冷卻水套等零部件。以下對這一設計過程能如何進展以及 CFD 工具如何用于優(yōu)化這一系統(tǒng)進行了探討。

關鍵的工具選擇

假設我們?yōu)橐患艺陂_發(fā)新汽車模型的汽車公司工作，但我們希望使用經過多年驗證的可靠發(fā)動機。我們必須設計一種新的冷卻系統(tǒng)，它將使用這種發(fā)動機，但要求發(fā)動機和車廂具備新的管道系統(tǒng)。我有兩種 CFD 分析工具，其中一種能用于分析管道系統(tǒng)，可視為一維（指流體在冷卻液管道中單向流動）分析。另一種三維工具能分析復雜流體流動和熱交換的零部件。所要設計的系統(tǒng)明顯是一維管道系統(tǒng)和三維復雜零部件的結合，我該用哪種 CFD 工具來分析這個系統(tǒng)呢？

該汽車冷卻系統(tǒng)包含簡單的管道，以及發(fā)動機水套等非常復雜的零部件

一維-三維 CFD

明導電子最近宣布推出一個有效結合和利用一維 CFD 工具 Flowmaster® 和三維工具 FloEFD® 特長的解決方案。圖2說明了這一結合了一維和三維的解決方案如何為該例汽車冷卻系統(tǒng)工作。

結合一維和三維的 CFD 取兩者之長，使分析兼具速度和準確性

最初，冷卻系統(tǒng)設計師定義了可穿過水套的壓力和流動速率等一系列邊界條件。他們通過了解待設計汽車的常見駕駛情境以及將如何關聯(lián)到發(fā)動機較大扭矩轉速 (RPM) 和水泵性能來確定這些數(shù)值。

發(fā)動機/水套的結構設計師使用 MCAD 系統(tǒng)內嵌的 FloEFD 工具，在水套上進行詳細的流體流動和熱交換分析。她根據(jù)系統(tǒng)設計師提出的邊界值范圍建立了一套 FloEFD 分析。這可能需要通過三維分析運行30、40、甚至更多批模型。這些運行生成的數(shù)據(jù)自動擬合成詳細的特征圖，現(xiàn)在構成一套完整的水套模型。模型中輸入了水套邊界條件，生成了冷卻液（和發(fā)動機）流動溫度。

該模型被簡單地嵌入 Flowmaster 工具相關數(shù)據(jù)庫。如今系統(tǒng)設計師能通過新汽車模型預期的系列駕駛情境來進行冷卻分析。冷卻系統(tǒng)中可加入設計變化，從而運行執(zhí)行分析。水套模型保持完好無缺，因為它涵蓋了所有可能的操作環(huán)境。

復雜零部件（水套）三維仿真的準確性結合一維冷卻系統(tǒng)分析的速度，將兩者較大優(yōu)點整合到一個系統(tǒng)中。有了分析速度，系統(tǒng)設計師能夠設計出在具有較佳性能的小帶寬運行的冷卻系統(tǒng)，溫度范圍可能在3-4攝氏度。若冷卻系統(tǒng)在超過該較佳范圍的溫度下運行，則可能導致過熱以及汽車制造商高額保修費用。在低于較佳溫度范圍的溫度下運行則可能導致過度排放和汽油里程數(shù)過少。

同樣的方法可用于其它汽車系統(tǒng)，如排氣裝置、燃油和車廂空調等。它還能用于軍事/航空等行業(yè)的燃油供應和環(huán)境控制、化學加工、能源和公用事業(yè)等等。

關于 Mentor Graphics

Mentor Graphics 集團（納斯達克代碼：MENT）是電子硬件和軟件設計解決方案的全球領導者，為世界上較成功的電子和半導體公司提供優(yōu)質產品、咨詢服務和支持，所提供的支持曾多次獲獎。公司成立于1981年，在過去的12個月中實現(xiàn)營業(yè)收入約10.15億美元。公司總部地址：8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777（美國俄勒岡州）。官方網站：http://www.mentor.com。