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新能源汽车设计中的CAE仿真技术应用
2018-03-31 23:20:13·
新能源动力电池
新能源动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一，被誉为新能源汽车的心脏。按照电池的工作性质和贮存方式，可以划分为两大类：蓄电池和燃料电池。
蓄电池，又称为二次电池，即可充电电池，如铅酸蓄电池、镍基电池、锂电池、空气电池等；燃料电池，即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池，如氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
ANSYS CFD数值模拟方法可以在电池单体设计、电池包热设计等领域中发挥重要的作用。
发动机及进排气系统
传统的发动机及动力总成设计过程，基于宏观概念的经验外推、在台架上反复调试对比，以及各种“集总”参数的半经验分析、试凑等方法，花费大、周期长、适用性小。而应用CFD技术对发动机的工作过程进行数值模拟分析，不仅提供的信息量大，而且花费小、周期短、适用性强，能够在短时间内进行广泛的变参数研究，为开发新型发动机和旧发动机性能提升提供指导。
目前，ANSYS CFD在这个领域的应用主要集中在气缸盖气道设计、进排气系统设计、气缸内工作过程模拟、冷却与润滑系统设计、消音器设计等方面。
左：缸内燃油喷射过程模拟；右：缸内喷油涡流
排气中的碳氢和氮氧化物浓度分布图
空调系统及乘员舱热舒适性
空调系统是汽车不可缺少的部分，好的空调系统不仅噪音低，制冷/制热效果好，而且燃油消耗低，除霜除雾效果好。通过对空调系统进行CFD数值模拟分析，可以获得空调风道的空气分配情况、风道的阻力特性、各出风口的空气流速等，为优化风道设计提供依据。通过对风挡和侧窗进行除霜除雾分析，可以得到当前设计的除霜除雾性能，为改进出风口大小及角度提高除霜除雾性能提供依据。通过对乘员舱内的CFD分析，可以得到舱内的流动、温度分布情况，再进一步进行乘员的舒适性分析。ANSYS CFD 系列产品在空调系统方面有丰富的解决方案 。
除霜分析：不同时刻的霜层厚度分布云图
左：除雾分析：某时刻的雾层厚度分布云图；右：乘员舱舒适性分析：舱内的流线图
发动机舱热管理
在车身前结构设计中，发动机舱的设计非常重要，在设计时尽可能地减小发动机舱的大小，从而增加乘客舱和行李舱的容积。但是太小的发动机舱又面临着发动机散热困难，影响发动机性能，严重的会造成发动机不能正常运行。通过发动机舱热管理分析，可以得到发动机舱内的温度场分布情况和空气流动情况，设计人员可以据此合理设计发动机舱内的布局，组织空气流路，保护重要零部件不受热害侵蚀。
发动机舱内的流线图及温度分布云图
外空气动力学及气动噪声
气动性能分析是从空气动力学角度分析汽车动力性、经济性和操作稳定性，各大汽车厂商都致力于降低空气阻力、改善气流升力。这也是风洞技术最早引入汽车设计的研究方向，更是CFD数值模拟方法在汽车设计中最成熟的应用方向。
ANSYS CFD数值模拟方法与传统的风洞试验相比，不再局限于测量有限个点处的空气流动属性，而是直接获得整车附近完整空间的流动属性，从而可以让设计者获知一些复杂的空气流动现象，为气动减阻、降噪等问题提供帮助，而这正是传统风洞试验无法详细获知的。
车身附近的流线图
车身表面的压力分布云图及车身附近的湍流动能等值面图
新能源动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一，被誉为新能源汽车的心脏。按照电池的工作性质和贮存方式，可以划分为两大类：蓄电池和燃料电池。
蓄电池，又称为二次电池，即可充电电池，如铅酸蓄电池、镍基电池、锂电池、空气电池等；燃料电池，即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池，如氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。
ANSYS CFD数值模拟方法可以在电池单体设计、电池包热设计等领域中发挥重要的作用。
发动机及进排气系统
传统的发动机及动力总成设计过程，基于宏观概念的经验外推、在台架上反复调试对比，以及各种“集总”参数的半经验分析、试凑等方法，花费大、周期长、适用性小。而应用CFD技术对发动机的工作过程进行数值模拟分析，不仅提供的信息量大，而且花费小、周期短、适用性强，能够在短时间内进行广泛的变参数研究，为开发新型发动机和旧发动机性能提升提供指导。
目前，ANSYS CFD在这个领域的应用主要集中在气缸盖气道设计、进排气系统设计、气缸内工作过程模拟、冷却与润滑系统设计、消音器设计等方面。
左：缸内燃油喷射过程模拟；右：缸内喷油涡流
排气中的碳氢和氮氧化物浓度分布图
空调系统及乘员舱热舒适性
空调系统是汽车不可缺少的部分，好的空调系统不仅噪音低，制冷/制热效果好，而且燃油消耗低，除霜除雾效果好。通过对空调系统进行CFD数值模拟分析，可以获得空调风道的空气分配情况、风道的阻力特性、各出风口的空气流速等，为优化风道设计提供依据。通过对风挡和侧窗进行除霜除雾分析，可以得到当前设计的除霜除雾性能，为改进出风口大小及角度提高除霜除雾性能提供依据。通过对乘员舱内的CFD分析，可以得到舱内的流动、温度分布情况，再进一步进行乘员的舒适性分析。ANSYS CFD 系列产品在空调系统方面有丰富的解决方案 。
除霜分析：不同时刻的霜层厚度分布云图
左：除雾分析：某时刻的雾层厚度分布云图；右：乘员舱舒适性分析：舱内的流线图
发动机舱热管理
在车身前结构设计中，发动机舱的设计非常重要，在设计时尽可能地减小发动机舱的大小，从而增加乘客舱和行李舱的容积。但是太小的发动机舱又面临着发动机散热困难，影响发动机性能，严重的会造成发动机不能正常运行。通过发动机舱热管理分析，可以得到发动机舱内的温度场分布情况和空气流动情况，设计人员可以据此合理设计发动机舱内的布局，组织空气流路，保护重要零部件不受热害侵蚀。
发动机舱内的流线图及温度分布云图
外空气动力学及气动噪声
气动性能分析是从空气动力学角度分析汽车动力性、经济性和操作稳定性，各大汽车厂商都致力于降低空气阻力、改善气流升力。这也是风洞技术最早引入汽车设计的研究方向，更是CFD数值模拟方法在汽车设计中最成熟的应用方向。
ANSYS CFD数值模拟方法与传统的风洞试验相比，不再局限于测量有限个点处的空气流动属性，而是直接获得整车附近完整空间的流动属性，从而可以让设计者获知一些复杂的空气流动现象，为气动减阻、降噪等问题提供帮助，而这正是传统风洞试验无法详细获知的。
车身附近的流线图
车身表面的压力分布云图及车身附近的湍流动能等值面图
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