電動汽車電機水道阻力CFD分析

1 前言

    本文利用商業(yè)CFD分析軟件ANSYS FLUENT 對某電動車電機水道的內(nèi)流場進行CFD模擬分析,通過分析了解其內(nèi)部的速度分布和壓力分布情況,可以初步了解影響電機水道換熱性能的主要因素,明確提高電機水道換熱性能的方向。并將CFD 分析結(jié)果與樣件試驗結(jié)果進行對比分析,驗證CFD 分析的可靠性。

2 電機水道阻力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。計算模型的三維幾何模型由CATIA 軟件生成,通過ParaSoild 格式導(dǎo)入ANSYS ICEMCFD 軟件。

    2.1 計算模型與網(wǎng)格劃分

    由電機三維模型通過CATIA 軟件進行布爾運算,提取電機水道流體區(qū)域,電機水道幾何模型如圖1。運用ANSYS ICEM CFD 軟件對電機水道進行網(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;為了保證在各個流通截面上有至少3 個以上的網(wǎng)格,進行網(wǎng)格劃分時必須控制較小面積處的網(wǎng)格尺寸;同時為了獲得更好的求解收斂性,將入口和出口均進行適當(dāng)延長,延長的距離大約為8 倍的直徑。整個電機水道計算模型的網(wǎng)格數(shù)在150 萬左右,網(wǎng)格模型如圖2。

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

    2.2 物理模型與邊界條件設(shè)置

    電機水道內(nèi)流動CFD 分析過程中認為冷卻液在電機水道內(nèi)部的流動是穩(wěn)態(tài)、絕熱、不可壓縮的粘性湍流流動,采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)的壁面方程,電機水道的內(nèi)壁面認為是水力光滑的,采用非耦和隱式算法,二階求解精度。為了與試驗條件一致,電機水道CFD 分析過程中采用標(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。對于電機水道的流動模擬分析,采用質(zhì)量流量入口+outflow 出口的邊界條件。

    2.3 CFD 計算結(jié)果分析及與試驗結(jié)果對比

    分別對電機水道各個入口流量進行數(shù)值模擬計算,圖3 為入口流量為2L/min 時電機水道壁面壓力分布情況,圖4 為入口流量為2L/min 時電機水道壁面速度分布情況,圖5 為入口流量為2L/min 時電機水道內(nèi)部流體流動軌跡。

    圖3 電機水道壁面壓力分布

    圖4 電機水道壁面速度分布

    圖5 電機水道內(nèi)部流動軌跡

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