汽車的工作環(huán)境復(fù)雜，不僅要能夠適應(yīng)瀝青或水泥里面、雪地、沙漠、草地甚至水面等多種不同的地理環(huán)境，還要能夠適應(yīng)風(fēng)雨、日照、濕度等多變的天氣條件。要評估在這些復(fù)雜多變的環(huán)境條件下長時間工作潛在的熱故障或隱患，就需要借助高效的仿真手段來快速預(yù)測，評估復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)在幾小時甚至幾天內(nèi)的溫度、熱流等分布，從而為防熱、散熱、隔熱等提供總體的設(shè)計思路及數(shù)據(jù)參考。



1. 汽車的熱問題

 * 汽車機艙和底盤的熱問題

發(fā)動機的排氣管、渦輪增壓器、三元催化器、柴油顆粒捕集器等受熱件的溫度非常高，一方面需要通過合理設(shè)計的進氣格柵、散熱器、風(fēng)扇來保證這些受熱件的溫度不超過危險值；另一方面，高溫下輻射傳熱的貢獻和對流傳熱相當(dāng)，需要通過合理設(shè)計的隔熱罩、導(dǎo)流罩等來減小受熱件對艙內(nèi)的塑料管件、線束、油箱、油管、電子器件等的高溫輻射以保證這些器件的溫度在合理的范圍內(nèi)。
國內(nèi)對發(fā)動機受熱件的熱分析往往采用流體計算工具，在假定受熱件壁面溫度或熱流二者之一的條件下求取對流換熱系數(shù)。這種方式可以較準(zhǔn)確地考慮對流換熱，如果同時考慮高溫環(huán)境下熱輻射的重要影響，由于流體力學(xué)的原理復(fù)雜導(dǎo)致流體仿真很難收斂，或者仿真周期、尤其是瞬態(tài)仿真的周期十分漫長。

*汽車乘員艙熱問題

乘員艙熱舒適性是一個綜合性瞬態(tài)分析項目，受到空調(diào)和出風(fēng)口設(shè)計、地面環(huán)境和天氣狀況（太陽載荷、氣溫、風(fēng)速、地形等）、車體材料和噴漆、發(fā)動機的生熱、玻璃窗等材料透射、乘客的生理條件等諸多因素的影響。
目前通常通過流體計算工具仿真乘員艙內(nèi)的空氣溫度，以此評價舒適性。一方面，瞬態(tài)分析的計算周期十分漫長，對于太陽載荷、天氣環(huán)境和玻璃等透射性材料無法真實地進行模擬；另一方面，受環(huán)境、出風(fēng)口等的影響，艙內(nèi)乘員的不同部位的受熱狀況并不均勻，因此簡單地通過艙內(nèi)氣體溫度來評價是否舒適顯得
不夠精細，難以用于指導(dǎo)具體的熱舒適性設(shè)計。 

* 汽車電池艙熱問題

電池是一個對熱很敏感的汽車零部件，溫度對電池的充放電性能、使用壽命等都有很大的影響，并且在極端的情況下會引起電池的爆炸。這就需要在混合電動車研發(fā)時，對整車進行熱分析，考慮太陽輻射等自然環(huán)境和各種駕駛工況對電池包的熱影響，進行合理的散熱設(shè)計，既保證汽車能在各種工況下正常工作，也考慮到電池艙與整車其他系統(tǒng)之間的相互熱影響。

* 汽車剎車熱問題

汽車剎車系統(tǒng)采用摩擦制動方式，依靠剎車盤和剎車片之間的摩擦阻力進行制動，制動過程中由于摩擦生熱導(dǎo)致剎車系統(tǒng)溫度升高，當(dāng)剎車盤和剎車片溫度高于特定數(shù)值后，摩擦副之間的摩擦系數(shù)將迅速下降，形成剎車系統(tǒng)的熱衰減，甚至導(dǎo)致剎車失效；另外由于溫度升高也可能導(dǎo)致剎車盤產(chǎn)生熱裂紋，導(dǎo)致剎車系統(tǒng)的破壞。為了在車輛設(shè)計階段選配合適的剎車系統(tǒng)，避免車輛使用過程中剎車失效事故的產(chǎn)生，可在車輛設(shè)計階段對剎車系統(tǒng)及整車進行仿真分析，預(yù)測剎車系統(tǒng)性能，為剎車系統(tǒng)的選型和設(shè)計提供參考依據(jù)。

*汽車整車熱測試問題

整車的熱測試不僅要考慮車輛的行駛工況，還要有周圍環(huán)境的影響，甚至有一些很難實現(xiàn)的自然因素，比如日照條件等，如果能通過仿真手段實現(xiàn)測試條件的模擬，不僅可以保證試驗條件具有很好的重復(fù)性，而且可以在實車試驗之前就發(fā)現(xiàn)潛在的熱問題從而降低測試成本、縮短研發(fā)周期。

2. 汽車熱分析的典型應(yīng)用

*發(fā)動機艙熱管理

國內(nèi)某整車廠利用Radtherm完成了某車型發(fā)動機艙的熱分析。在這個項目中，發(fā)動機艙內(nèi)的對流傳熱系數(shù)及流體溫度由Star CCM+給出穩(wěn)態(tài)結(jié)果，Radtherm考慮熱輻射等因素分析發(fā)動機艙的瞬態(tài)熱狀況，計算結(jié)果與實測得到的發(fā)動機部分零部件的溫度十分吻合，從而通過快速地仿真計算即很好地完成了發(fā)動機艙的隔熱設(shè)計。




* 整車熱管理

在福某品牌車型的熱分析項目中，采用Radtherm的一維流動分析功能模擬了排氣管內(nèi)的傳熱狀態(tài)，并耦合了CFD工具計算的外流場對流換熱結(jié)果，進而在Radtherm中對比分析了排氣系統(tǒng)隔熱罩厚度及材料改變、車窗玻璃透射率改變等條件下排氣系統(tǒng)及發(fā)動機艙的熱狀況，最終制定了排氣系統(tǒng)熱防護罩的設(shè)計方案及底盤零部件布置方案。

* 排氣系統(tǒng)熱分析

沃某品牌利用Radtherm分析了排氣管熱狀態(tài)的瞬態(tài)特性。在驗證過程中，沃爾沃S40帶拖車先在平直公路上行駛30分鐘，然后爬坡20分鐘，最后在平路上停車20分鐘。



Radtherm分析了排氣管出口處溫度在整個70分鐘的瞬態(tài)過程中的變化情況，實測了這種工況下該處的溫度結(jié)果，二者吻合得很好。測試和仿真結(jié)果顯示，排氣管出口在停車初期的溫度甚至超過了大負荷爬坡過程的溫度。這也表明發(fā)動機排氣系統(tǒng)的熱分析中，一定要考慮惡劣工況下的瞬態(tài)過程，否則不能發(fā)現(xiàn)潛在的熱故障。









*乘員艙熱管理

Radtherm在某品牌轎車空調(diào)設(shè)計上的應(yīng)用則充分展示了其在整車熱設(shè)計及其人體舒適度模塊在空調(diào)優(yōu)化上的強大功能。奧迪轎車的熱分析項目中Radtherm考察了該車的空調(diào)系統(tǒng)在夏季沙漠中的性能，分析了多種被動熱控措施的效果，最終在采用較小功率的空調(diào)系統(tǒng)下就達到了較好的整車熱狀況并改善了乘員的熱舒適性。

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