StarCCM+汽车热管理仿真：最佳实践探索

starccm 汽车热管理仿真本文向您展示了设置整车热管理(VTM)模拟的最佳实践。这是一组用于设置稳态车辆热管理(VTM)模拟的最佳实践。通过考虑散热器、发动机表面和排气系统产生的热量，对传动系的大部分总热输出进行了建模。包含具有厚度的实体零部件，以准确建模传导，同时保持实体几何图形的准确表示。不干净的车辆几何体(即，在拓扑上对网格无效)用于表示真实的车辆几何体集。移动参考系(MRF)用于旋转零件，包括风扇。流体和固体不共形啮合，以便为每个区域提供合适的啮合策略，并提高啮合的稳健性。环境流体用修剪单元网格划分网格以提高网格划分效率，而排气系统内部和磁流变液区域内的流体与多面体网格划分网格以更好地适应非单向流动。固体与薄网格网格化，以确保在保持合理的细胞计数的同时，对薄固体的温度梯度有很好的分辨率。散热器堆芯和催化转化器堆芯等多孔介质与沿流动方向对齐的修剪过的网状物形成网格，以减少错误的流动扩散。最佳实践(谦虚地)仅作为一组指导方针介绍。此处显示的示例使用了比平时更粗的设置，以使模型的最终文件大小更接近实际情况，并减少网格划分时间和RAM要求。在此示例中，可能会省略一些通常保留在真实世界模型中的几何细节。

在汽车热管理领域，利用StarCCM+进行整车热管理（VTM）模拟是一项关键任务。今天就来和大家分享一下设置稳态车辆热管理模拟的最佳实践。

热输出建模

在模拟中，对传动系大部分总热输出的建模是非常重要的一环。我们需要考虑散热器、发动机表面以及排气系统产生的热量。比如在代码实现（假设使用Python结合StarCCM+的API）中，可能会有类似这样的代码片段来定义这些热源：

python 复制代码

# 获取模型对象
model = Simulation().getModel()
# 定义散热器热源相关属性
radiator_heat_source = model.getPart('Radiator').getFieldFunction('HeatSource')
radiator_heat_source.setFunction('ConstantFunction')
radiator_heat_source.getFunction('ConstantFunction').setValue(1000)  # 设置散热器热源功率为1000W，具体值需根据实际调整

这里简单地为散热器设置了一个热源函数，通过这种方式，我们能模拟散热器产生的热量对整车热管理的影响。同理，对于发动机表面和排气系统也可以类似地定义热源。

零部件建模

实体零部件与传导建模

为了准确建模传导，同时保持实体几何图形的准确表示，我们要包含具有厚度的实体零部件。这在实际操作中，就要求我们在导入几何模型时，确保这些零部件的厚度信息准确无误。比如在StarCCM+中导入CAD模型时，仔细检查零部件的几何属性，确保厚度数据没有丢失或错误。

真实车辆几何体表示

使用不干净的车辆几何体（即在拓扑上对网格无效）来表示真实的车辆几何体集。这听起来可能有些奇怪，但实际上真实世界中的车辆几何体并非都是完美适用于网格划分的理想状态。通过使用这种更接近真实情况的几何体，能让模拟结果更贴合实际。例如在导入一些复杂的车身结构时，可能会存在一些小的瑕疵或不规整，我们不进行过度的理想化处理，而是保留这些特征。

旋转零件处理

移动参考系（MRF）在模拟旋转零件（包括风扇）时发挥着重要作用。在StarCCM+中设置MRF也相对直观。

python 复制代码

# 获取风扇部件
fan_part = model.getPart('Fan')
# 创建移动参考系区域
mrf_region = model.getRegionManager().createRegion('FanMRFRegion', RegionType.MovingReferenceFrame)
mrf_region.addPart(fan_part)
# 设置旋转速度
mrf_region.getFieldFunction('RotationRate').setFunction('ConstantFunction')
mrf_region.getFieldFunction('RotationRate').getFunction('ConstantFunction').setValue(1000)  # 设置风扇转速为1000rpm，具体值需根据实际调整

这样就为风扇设置好了移动参考系，能准确模拟风扇旋转时对周围流体的影响。

网格划分策略

流体和固体不共形啮合

采用流体和固体不共形啮合的方式，为每个区域提供合适的啮合策略，同时提高啮合的稳健性。比如在设置网格参数时，可以分别针对流体区域和固体区域设置不同的网格尺寸和类型。在流体区域，如果是一些复杂的流动区域，可能采用更精细的网格设置；而在固体区域，根据温度梯度的要求设置合适的网格。

不同区域的网格划分方式

环境流体：用修剪单元网格划分环境流体网格以提高网格划分效率。这种方式能够在保证计算精度的前提下，大大减少网格数量，提高计算效率。
排气系统与磁流变液区域：排气系统内部和磁流变液区域内的流体使用多面体网格划分，这能更好地适应非单向流动。多面体网格在处理复杂流动方向时具有独特的优势。
固体与薄网格：固体与薄网格网格化，确保在保持合理的细胞计数的同时，对薄固体的温度梯度有很好的分辨率。例如对于一些薄板类的零部件，设置合适的薄网格层数和尺寸。
多孔介质：像散热器堆芯和催化转化器堆芯等多孔介质，与沿流动方向对齐的修剪过的网状物形成网格，这样可以减少错误的流动扩散。在StarCCM+中，可以通过特定的多孔介质模型设置，结合这种网格划分方式，准确模拟多孔介质内的流动和传热。

这里需要注意的是，本文所介绍的最佳实践，只是作为一组指导方针。就像本次示例，为了使模型的最终文件大小更接近实际情况，减少网格划分时间和RAM要求，使用了比平时更粗的设置，并且可能省略了一些通常保留在真实世界模型中的几何细节。但在实际项目中，需要根据具体的需求和精度要求，灵活调整这些设置。希望这些分享能对大家在StarCCM+汽车热管理仿真中有所帮助。