技术干货 | 发动机暖机过程热管理系统分析

汽车消声器主要用于降低机动车的发动机工作时产生的噪声，是汽车的关键部件之一。位于汽车后部的消声器由于温度较高，其通过对流、辐射，使得消声器周边尤其是后保险杠会有热害风险，通常设置有隔热罩，用于隔热以防止后消声器对周边部件产生热害。ESTECO公司、GAMMA公司、BETA公司以及THERMOANALYTICS公司的专家们联合，基于优化软件modeFRONTIER、车辆一维系统仿真软件GT-SUITE、网格变形工具软件ANSA、辐射及热仿真软件TAITherm，对消声器的隔热罩进行了多目标优化，在减小隔热罩质量的同时，尽量降低保险杠温度，以防止油漆剥落。GT-SUITE是由美国Gamma Technologies公司开发的汽车仿真系列套装软件，涵盖了发动机本体、驱动系统、冷却系统、润滑系统、空调系统、机舱热管理、燃油供给系统、曲轴机构、配气机构、整车液压系统和HIL仿真等多个方面。在本项目中，使用GT-SUITE软件仿真排气系统的气体温度，这些温度结果将被映射到TAITherm模型上。ANSA是美国BETA公司开发的网格前处理工具软件，在本项目中用于进行隔热罩的网格变形，以修改隔热罩的几何并传递给TAITherm中建模。TAITherm 是美国ThermoAnalytics 公司开发的专业三维热仿真分析工具RadTherm 的升级产品，尤其擅长于辐射相关的热仿真。在本项目中，将在输入GT和ANSA结果的基础上，求解保险杠的最高温度。modeFRONTIER是由意大利ESTECO公司开发并在全球推广的世界上第一个通用多目标优化软件。modeFRONTIER可以建立多学科联合仿真设计工作流，自动显示和探索设计空间，深入了解设计关键点并能提供相应的解决方案，帮助设计工程师自动进行过程分析、快速对比各种设计选项，最终得到产品质量最佳的设计方案。在本项目中，modeFRONTIER将用于集成上述软件，建立优化流程，进行多目标优化。所建立的优化流程如下图：在GT模型中含有5个消声器内腔，每个都具有不同的气体和壁温。使用GT求解器计算出气体温度并传递给TAITherm以预测壁面温度。在modeFRONTIER中使用FAST（含响应面算法的快速优化算法）算法进行优化，最终得到的优化结果如下图（含Pareto前沿线）：在没有隔热罩的情况下，保险杠的最高温度可高达81℃，经过优化，最高温度可降低至56℃以下。通过变量相关性分析，可得出各种变量之间的相互影响关系大小，例如本项目中对结果影响最大的变量是隔热罩的高度和宽度，次一级的因素是挡板的孔隙率，而其它变量则相对可以忽略。本项目未来还可以考虑GT和TAITherm之间的双向耦合，将声学行为属性纳入优化，以及扩展变形的自由度等。 来源：艾迪捷