隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，汽車(chē)熱管理系統(tǒng)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、降低排放、增強(qiáng)汽車(chē)性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了更準(zhǔn)確地模擬和優(yōu)化汽車(chē)熱管理系統(tǒng)的性能，本文提出了一種基于AMESim和STAR-CCM+的聯(lián)合仿真模型，并通過(guò)Libcosim庫(kù)實(shí)現(xiàn)了一維和三維仿真的強(qiáng)耦合。該模型不僅考慮了散熱器的三維仿真，還針對(duì)冷凝器采用了一維和三維混合仿真，以更全面地模擬汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的工作特性。

聯(lián)合仿真模型建立

Libcosim庫(kù)的應(yīng)用

Libcosim庫(kù)作為連接AMESim和STAR-CCM+的橋梁，為一維和三維仿真提供了強(qiáng)大的支持。通過(guò)定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)變量，我們成功地將兩款軟件進(jìn)行了強(qiáng)耦合，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)進(jìn)行仿真計(jì)算的目標(biāo)。在數(shù)據(jù)交換的過(guò)程中，我們采用了2秒的時(shí)間間隔，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞。

一維和三維數(shù)據(jù)的雙向傳遞

針對(duì)散熱器的仿真計(jì)算，我們采用了三維雙流體換熱器模型，同時(shí)考慮了空氣側(cè)和冷卻液側(cè)的三維仿真。一維模型中獲得的冷卻液流量、入口溫度和出口壓力被作為邊界條件輸入至三維模型中，而三維仿真中得到的冷卻液出口溫度則作為反饋量輸入至一維冷卻模型中。通過(guò)這種雙向傳遞的方式，實(shí)現(xiàn)了一維和三維數(shù)據(jù)的同步更新，保證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)于冷凝器的仿真，考慮到內(nèi)部涉及制冷劑的多相，我們采用了三維單流體換熱器模型。在這種情況下，冷凝器的空氣側(cè)部分進(jìn)行三維仿真，而制冷劑側(cè)則采用一維計(jì)算。一維系統(tǒng)提供了相應(yīng)的冷凝器換熱量作為三維的輸入，而三維仿真結(jié)果則提供了冷凝器空氣側(cè)的入口空氣溫度和空氣流量。這種混合仿真的方式更加貼近實(shí)際工況，使得模型具有更好的適用性。

此外，我們將三維仿真得到的空氣阻力數(shù)據(jù)傳遞到一維冷卻系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)熱源模型中。這考慮了不同工況下精確的空氣阻力貢獻(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量的影響，為熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化提供了更為精細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)模型及應(yīng)用

一維冷卻系統(tǒng)回路

基于AMESim建立的一維冷卻系統(tǒng)回路包括水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)水套、節(jié)溫器、補(bǔ)償水桶、散熱器和暖風(fēng)芯體等部件。圖2展示了整個(gè)冷卻系統(tǒng)回路的結(jié)構(gòu)，各部件之間通過(guò)Libcosim庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效交互。這一維冷卻系統(tǒng)回路的建立為整車(chē)熱管理系統(tǒng)的仿真提供了基礎(chǔ)。

空調(diào)系統(tǒng)回路

采用STAR-CCM+生成的體網(wǎng)格，本文最終生成的體網(wǎng)格總數(shù)約為1,624萬(wàn)。圖4和圖5分別展示了Y=0截面整車(chē)計(jì)算域和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的體網(wǎng)格劃分。在空調(diào)系統(tǒng)回路中，包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器等關(guān)鍵組件。通過(guò)STAR-CCM+的高效模擬能力，我們能夠更準(zhǔn)確地模擬空調(diào)系統(tǒng)的性能，為整車(chē)熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

本文基于AMESim和STAR-CCM+，通過(guò)Libcosim庫(kù)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)熱管理系統(tǒng)的一維和三維仿真的強(qiáng)耦合。在聯(lián)合仿真模型中，我們采用了雙向數(shù)據(jù)傳遞的方式，成功地將一維和三維模型進(jìn)行了同步更新，保證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)具體案例的分析，我們展示了該模型在散熱器和冷凝器仿真中的應(yīng)用，同時(shí)考慮了空氣阻力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱量的影響。最終，我們建立了一維冷卻系統(tǒng)回路和空調(diào)系統(tǒng)回路，為整車(chē)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的技術(shù)支持。未來(lái)，我們將繼續(xù)完善該模型，拓展其在不同工況下的應(yīng)用，為汽車(chē)熱管理技術(shù)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。