汽车发动机冷却风扇仿真方法对比

1、Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第2期2014年4月计算机辅助工程Computer Aided Engineering71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第2期2014年4月71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第

2、2期2014年4月文章编号：1006 -0871 (2014X)24X)784)4001:10. 13340/j. rar. 2014.02.015汽车发动机冷却风扇仿真方法对比王天利，海超，张波，刘苑(辽宁工业大学汽乍与交通工程学院，辽宁锦州121001)摘要：对比多多考坐标系(Multiple Reference Frumr, MRF)模型和滑移网格模型(Sliding Mesh Molel, SMM)在分析中的差异，分别应用FLUENT中的三维NS方程和KNG湍流模型，对发动机 冷却风扇的静止和获转区域进行教值模拟，得到流道内空气的质童流童及风扇叶片表面的压力和 速度矢童分布 SMM的结

3、果更接近真实结黑；根据SMM得出的结果说明IRF模型在工程领域的 应用.关键词：汽车；发动机；冷却风扃；多参考坐标系模型；滑移网格模型；CF1); FLUENT中图分类号：1464. 138.4;TBI15. 1文献标志码：BComparison of simulation methods ofautomobile engine cooling fanWANG Tianli, HAI Chao, ZHANG Bo, LIU Yuan(College of Aiilomobik* & Transportation Liaoning llniversity of Technology. Jinzh

4、oii 121001 Liaoning, China )Abstract： Tile simulation difference is coniparcd between Multiple Reference Frame (M1F ) model and Sliding Mesli Moc 3D N-S equation and RNG turbiilrnce model of FLUENT are used to siiniikit the stcitionanr arrci cind rotalablr area of uutoinohilr engine c(M)ling fun. Th

5、e air mass flow rate of flow channel and the surface pressure and velocity vector distribution of fan arr obtained Thr rrsults of SMM are closer to tile real results According to the results of SMM, the application of IRF in engineering area is illustratedKey words： automobile; rnginr; cooling fun;

6、iniiltiplr refen-ner fnimr iikmIcI ; sliding mrsh iikmIvI ; CH)； FLUENT71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第2期2014年4月71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23

7、粗第2期2014年4月0引言随着国内汽车行业的发展CFI)数值分析在汽 车设计过程中越来越受到重视在数值分析中，静止 区域和运动区域中流动问题的模拟冇5种模型：单 一旋转坐标系(Single Reference Frame, SRF)模型、 多参考坐标系(Multiple Reference Frame9 MRF )模 型、混合平面模型(Mixing Plane Model. MPM )、滑移网格模型(Sliding Mesh Model, SMM )和动网格模型 (Dvnainic Mesh Mcxlrl, DMM ).s R F模粮用于单一运动物体需要将坐标系与 外形复杂的部件连接在一起在

8、儿何上必须以旋转 中心为圆心形成一个圆或圆柱才町以将问题转化为 定常流动何题.MRF模型、MPM和SMM主要用于 计算区域中同时存在运动区域和静止区域或存在多 个静止町动区域的悄况.対于计算运动边界问题以71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第2期2014年4月71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights rese

9、rved, Vol. 23 No. 5Apr. 2014第23粗第2期2014年4月收稿日期：20133-22修回日期：20134)5-23作者简介：王天利(1957.男.辽宁锦州人.教校.昭七.研究方向为汽測试技木和汽t劝力学(Entail) 40&449627 qq. 风扇出口赫压力云图见图7.Eig. 4 Calculation cxrliiuite system of MI?E iikmIpI2个坐标系的速度值之间的关系为vf = v - ur(2 )ur = v, + x r(3 )式中叫为相对速度矢量汕为绝度速度矢就;为牵 连速度矢就巴为平移速度矢就;3为转动区域角速 度矢量;/为

10、相对位置矢址.在旋转区域中动量力程引入科氏加速度2 3 x V. 在定常计算中FLUENT忽略转动项P字X人因 dt此用动量方程的相对速度表达式不能准确模拟角速 度随时间的变化半交界而两侧网格节点数不同时, 运用插值原理进行速度求解.在进行-NIKF模型仿真时收敛残差设为10, 迭代步数为1 500步,收敛时迭代步数约为800步.2.2 SMMSMM是一种非定常计算模型，其基本原理 为:采用非正则网格技术，即交界面两侧子域在交接 面上不共用网格节点交界区域不由交界面两侧网 格面K接构成而是通过两侧子域间d 9相对移动W 重新计算得出交界区域的边界位置，见图5,交界区 域为图5内部数据之问传递E

11、ig. 5 Internal lata transfer交界面区域的而的数H随交界而相对移动而不 同，网格交界面的通常根据交界而的交乂处所产牛 的面计算.为计算交界血的通hb舟先在毎一新的时 间步确定交界面两边交界区的巫合面-通过网格页 合而的通量由交界面的币合面计算，而不是整个交 界面.在非定常流动汁算中，在流体机械的旋转部件 出口与固定部件逬口间形成网格滑移的交界面.运 用SMM模拟风呦的运动悄况，建立2个朿合的交界 面，使交界血两侧形成网格的相对滑动而不雯求交 界面两侧的网格节点相互巫合.计算交界面两侧的 通就,并使交界面上的通量相等.在开始阶段不关心椿确解.计算开始阶段采用 较大的时间

12、步长以缩短开始阶段的不稳定过程；在 计算稳定后，减少时间步长以保证时间精度；当流场 的变化就小于0. 1帰时认为计算结果达到要求.本文风购含冇8个甸叶，每个扇叶分为15个时 间步加多不超过20个时间步)每个时间步转动 3.4。.收敛残差设置为10 ,开始时间步长设置为 0.000 2 s.达到稳定后时间步长设誉为0.000 1 s. 前后总时间步数均设为100步.3 仿真结果通过分析风扇表面的压强分布云图、速度矢量 分布图以及出口处的斥力云图，说明MRF模型与 SMM之间的差异.速度矢曲分布见图6町以看出在 叶片农血速度变化比较均匀，而MRE模型在叶片顶 部和中部与SMM冇明显的差异.MRF樓

13、型SMM图7凤剧出口挣压力云图.P#F ig. 7 Sialic pnbure cunlours of fan nutlet t Pa由图7可知，SMM可以更真实地模拟风扇情 况而M R F模型的变化相对现实状况ff在一些偏 差风扇表面静圧力云图见图8,可知叶片上由 SMM得到的压力值大于MRF模型并且SMM压力变化比较明显压力梯度更大在叶片顶端出现高压 区这与真实情况相似；中心转轴处由SMM得到的 压力虫低在整个模也中斥力过度更明肚整个风M的压力升高高于MHF模型风励出口流量仿真结果 见表1综合图6 8可知，SMM可以得到更精确醐1I -I 7M72 lnb4(lI -k xi- III*

14、4 4ii| KHSMM的解.4 结论运用MRF模型和SMM对发动机冷却风扇进行 分析，在相同的计算网格、边界条件、湍流模型和计 算设备等条件下，町以得出以下结论.(1)SMM相比MKE模型用时较长.当MKF模 型使用1.2 GB内存而SMM使用1.8 GB内存时, SMM汁算所消耗的时间约为MRF模型的3 4倍. 町以看出SMM占用内存明显多于MRF模和.(2 )选取3种风扇转速800,2 800和3 500 r/min,风扇出口流量计算发现,2种方法结算结果 偏差在5%左右.6 )由风扇叶片压力云图分析可知,SMM计算 方法比较貞实结果更接近现实惜况计算桔度高.因此在考虑节省时间、节约成本

15、及对计算帮度 要求不高时，如在风甸结构优化分析中町以使用 MRF模型，在匚程上亦可运用MRF模型进行仿宜.http ：/h ww chinJcap cn71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第2期王天利，等：汽车发动机冷却风扇仿真方法对比#http ：/h ww chinJcap cn71994-2016 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第2期王天利，等

16、：汽车发动机冷却风扇仿真方法对比#图8风扇表面静压力云图 PaFig. 8 Static pressure contours of fan surface 9 Pa表1风扇出口流量仿真结果Tab. 1 Simulation results of fan outlet flow rate风命转連/( r/min)8002 8003 500MHF 31/( kg/s)0.6992.4172.925SMM/( kg/s)0.7122.5343.0321/(%)参考文献：1 杨復国肛丸营.勒吒丽4力学*.北京：北京大.学岀版.社.2010: 248-249.2 很英酣.汽3力学数值模

17、拉技祇N.北京：北京大学出版社.2011： IL：3王福军.计3濃依劝力学分析：CFD状件原理与应Jf M北京：清华大羊出版社.2010： 1I525.4 于氛F1.UE、T入门与进阶教栈M .北京：北京理工大学出板社，2008： 206-210.5何如马静.王东.茅.S冬考坐标系法和滑移网恪法花汽 ariiig MKF iiicIImmI with luling n)rsli for auloiiioliw innl cikI airtloK simnlation J . (jMiipiit AitliilEng. 2007, 16( 3): 96TOO.(编辑 武晓英)弋555555555

18、555555555555555555555555555555555555。(上接第60页)YAN(； timing XIE Fnigrhnig. YAX(i (；*屮m. Mrc luinism of filling imlahiiir )( plantio injiu tion iiMildinp in iniilti-i avity iihII( I) : a Htuh on flow b4iavijr of mrh in niniier AyMriii M mold J . (:hiiui 円亦li“ 2004. 18( II): 9349.(4 姜开宇積井旁俊注射成型过在熔体前沿充填不千衛現象的试灘研究J：机械工程学报.2(X)9. 45(2): 294200JIANG Kaiyu. YOKOI II. Ex|M*riinanl Mu(l)oil filling iin