汽車的工作環(huán)境復雜，不僅要能夠適應瀝青或水泥里面、雪地、沙漠、草地甚至水面等多種不同的地理環(huán)境，還要能夠適應風雨、日照、濕度等多變的天氣條件。要評估在這些復雜多變的環(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測，評估復雜環(huán)境下系統(tǒng)在幾小時甚至幾天內的溫度、熱流等分布，從而為防熱、散熱、隔熱等提供總體的設計思路及數(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計的進氣格柵、散熱器、風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，需要通過合理設計的隔熱罩、導流罩等來減小受熱件對艙內的塑料管件、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。
國內對發(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，由于流體力學的原理復雜導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，受到空調和出風口設計、地面環(huán)境和天氣狀況（太陽載荷、氣溫、風速、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、出風口等的影響，艙內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氣體溫度來評價是否舒適顯得
不夠精細，難以用于指導具體的熱舒適性設計。 

* 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致剎車系統(tǒng)溫度升高，當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，甚至導致剎車失效；另外由于溫度升高也可能導致剎車盤產(chǎn)生熱裂紋，導致剎車系統(tǒng)的破壞。為了在車輛設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，可在車輛設計階段對剎車系統(tǒng)及整車進行仿真分析，預測剎車系統(tǒng)性能，為剎車系統(tǒng)的選型和設計提供參考依據(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用

*發(fā)動機艙熱管理

國內某整車廠利用Radtherm完成了某車型發(fā)動機艙的熱分析。在這個項目中，發(fā)動機艙內的對流傳熱系數(shù)及流體溫度由Star CCM+給出穩(wěn)態(tài)結果，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的傳熱狀態(tài)，并耦合了CFD工具計算的外流場對流換熱結果，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果，二者吻合得很好。測試和仿真結果顯示，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在某品牌轎車空調設計上的應用則充分展示了其在整車熱設計及其人體舒適度模塊在空調優(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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