電動(dòng)汽車電機(jī)水道阻力CFD分析

通過(guò)對(duì)某電動(dòng)汽車電機(jī)水道內(nèi)流場(chǎng)CFD分析,了解其內(nèi)部壓力分布與流速分布情況,以及壓力損失情況,初步掌握電機(jī)水道的冷卻能力。

1 前言

    本文利用商業(yè)CFD分析軟件ANSYS FLUENT 對(duì)某電動(dòng)車電機(jī)水道的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行CFD模擬分析,通過(guò)分析了解其內(nèi)部的速度分布和壓力分布情況,可以初步了解影響電機(jī)水道換熱性能的主要因素,明確提高電機(jī)水道換熱性能的方向。并將CFD 分析結(jié)果與樣件試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證CFD 分析的可靠性。

2 電機(jī)水道阻力CFD 分析

    CFD 分析前處理采用ANSYS ICEM CFD 軟件,求解及結(jié)果的后處理使用FLUENT 軟件。計(jì)算模型的三維幾何模型由CATIA 軟件生成,通過(guò)ParaSoild 格式導(dǎo)入ANSYS ICEMCFD 軟件。

    2.1 計(jì)算模型與網(wǎng)格劃分

    由電機(jī)三維模型通過(guò)CATIA 軟件進(jìn)行布爾運(yùn)算,提取電機(jī)水道流體區(qū)域,電機(jī)水道幾何模型如圖1。運(yùn)用ANSYS ICEM CFD 軟件對(duì)電機(jī)水道進(jìn)行網(wǎng)格劃分,由于模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,全部采用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格;為了保證在各個(gè)流通截面上有至少3 個(gè)以上的網(wǎng)格,進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)必須控制較小面積處的網(wǎng)格尺寸;同時(shí)為了獲得更好的求解收斂性,將入口和出口均進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng),延長(zhǎng)的距離大約為8 倍的直徑。整個(gè)電機(jī)水道計(jì)算模型的網(wǎng)格數(shù)在150 萬(wàn)左右,網(wǎng)格模型如圖2。

    圖1 電機(jī)水道幾何模型                  圖2 電機(jī)水道網(wǎng)格模型

    2.2 物理模型與邊界條件設(shè)置

    電機(jī)水道內(nèi)流動(dòng)CFD 分析過(guò)程中認(rèn)為冷卻液在電機(jī)水道內(nèi)部的流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)、絕熱、不可壓縮的粘性湍流流動(dòng),采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)的壁面方程,電機(jī)水道的內(nèi)壁面認(rèn)為是水力光滑的,采用非耦和隱式算法,二階求解精度。為了與試驗(yàn)條件一致,電機(jī)水道CFD 分析過(guò)程中采用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下(1bar),T=65℃的純水作為冷卻液,其相關(guān)的物性參數(shù)如下:ρ=980.45kg/m3;cp=4183J/(kg·K);Viscosity =0.00043kg/(m·s);Ther.cond.=0.6635w/(m·K)。冷卻液的體積流量分別為2L/min,4L/min,5L/min,6L/min,7L/min,8L/min,9L/min,10L/min,11L/min,12L/min。對(duì)于電機(jī)水道的流動(dòng)模擬分析,采用質(zhì)量流量入口+outflow 出口的邊界條件。

    2.3 CFD 計(jì)算結(jié)果分析及與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

    分別對(duì)電機(jī)水道各個(gè)入口流量進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,圖3 為入口流量為2L/min 時(shí)電機(jī)水道壁面壓力分布情況,圖4 為入口流量為2L/min 時(shí)電機(jī)水道壁面速度分布情況,圖5 為入口流量為2L/min 時(shí)電機(jī)水道內(nèi)部流體流動(dòng)軌跡。

    圖3 電機(jī)水道壁面壓力分布

    圖4 電機(jī)水道壁面速度分布

    圖5 電機(jī)水道內(nèi)部流動(dòng)軌跡

 

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