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【雷诺】某电动汽车空调机组的仿真分析


来源 | 汽车热管理之家
摘要：电动汽车空调系统的运行需要消耗整车的电能 ， 因此空调机组的性能显得尤为重要 。 为提升电动汽车空调机组性能 ， 运用计算流体力学仿真方法开展电动汽车空调机组性能分析 ， 采用商用 CFD 软件 ANSYS Fluent 进行空调机组三维流场仿真计算 ， 结合空调机组换热器试验结果 ， 仿真与试验结果误差在 6%以内 。 分析结果表明 ， 仿真结果与试验结果误差在合理范围之内 ， 可以为改善空调机组性能、降低汽车能耗提供理论依据 。
近年来 ， 随着国家对车辆环保性和乘客对汽车空调舒适性要求的日益提高 ， 新能源汽车得到极大发展和推广 。 电动汽车由于受到续航里程限制 ， 对能耗要求比较苛刻 ， 而空调作为电动汽车的主要能耗系统 ， 其能否高效节能是电动汽车开发过程中必须考虑的问题 。 空调机组是汽车空调的重要组成部分 ， 其空气侧气流分布均匀性是影响性能的重要因素之一[1-2] 。 计算流体动力学（CFD）仿真技术在工业领域的应用得到越来越多的认可 。 它是伴随着计算机技术和数值计算技术的发展而发展 ， 利用计算机求解流体的各种守恒控制偏微分方程组的技术[3-7] 。 基于以上问题 ， 文章提出使用 CFD 仿真方法对某电动汽车空调机组性能进行分析 。

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1 流体力学方程
计算流体动力学（CFD）是把描述空气运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程组 ， 并在计算机上求解 。 通过微分方程的离散化和代数化 ， 把偏微分方程转化为代数方程 ， 再通过适当的数值计算方法求解方程组 ， 得到流场的数值解 ， 然后通过不同的拟合方法把节点解拟合到网格的对应区域 。
流体流动时所有介质满足物理守恒定律：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律 。 在流体流动处于湍流状态时 ， 整个体系还要遵循湍流运输方程 。 以上这些守恒定律的数学描述 ， 统称为控制方程 。 文章选用
CFD 软件中提供的 Realizable k- ε湍流模型进行数值计算 。
湍流控制方程为三维不可压缩雷诺时均Navier- Stokes 方程 。

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2 模型建立及边界条件
2.1 三维模型建立
计算模型为某电动汽车空调机组 ， 采用 SolidWorks 软件建立其三维模型 ， 如图 1 所示 。 几何模型生成后 ， 为了建立有限元模型 ， 需要将空调机组模型从 Solid-Works 中导出为.stp 格式 。

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图1 某电动汽车空调机组三维模型
2.2 网格模型建立
针对该空调机组 ， 文章采用 ANSYS 仿真平台 CFD 专业前处理软件 ICEM CFD 进行几何清理和网格划分 。 面网格全部采用三角形网格 ， 为获得空调机组计算域入口处更好的计算收敛性 ， 在其入口边界进行外部拉伸 ， 拉伸长度为入口直径的 3 倍 。 电动汽车空调机组流体计算域模型及机组网格模型 ， 分别如图 2 和图 3 所示 ， 最终形成四面体网格非结构化数为 6 145 895 。

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图2 某电动汽车空调机组流体计算域模型

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图3 某电动汽车空调机组网格模型
图 4 示出电动汽车空调机组模型网格检查情况 ， 其中横坐标数值越大代表网格质量越好 。 从图 4 中可以看出 ， 空调机组模型网格质量都在 0.35 以上 ， 网格质量较好 ， 满足计算要求 。


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