上海2013年1月22日電 /美通社/ -- 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商 Mentor Graphics（明導(dǎo)）近日發(fā)布一份題為《設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)》的研究報(bào)告，介紹了明導(dǎo)電子最近推出的一個(gè)有效結(jié)合和利用一維 CFD 工具 Flowmaster® 和三維工具 FloEFD® 特長(zhǎng)的解決方案，如何為復(fù)雜的汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)工作。
作者為明導(dǎo)電子機(jī)械分析部門(mén) John Isaac。中文版的報(bào)告全文可在 Mentor Graphics 的官方網(wǎng)站閱讀和下載：http://mentorg.com.cn/aboutus/view.php?id=184
前言
在當(dāng)今的汽車(chē)領(lǐng)域，許多系統(tǒng)和零部件在設(shè)計(jì)過(guò)程中都需要進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 分析來(lái)確保其較佳的性能、可靠性、成本和上市時(shí)間。這些系統(tǒng)和零部件有可能是結(jié)構(gòu)件，也有可能是電子元件，或者兩者皆是。CFD 分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大方法之一。在設(shè)計(jì)早期和整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中將“虛擬樣機(jī)”結(jié)合 CFD 分析，能以較低的成本（更少物理樣機(jī)）提供最優(yōu)化的系統(tǒng)，并讓系統(tǒng)更快上市。
復(fù)雜汽車(chē)系統(tǒng)中非常有代表性的例子是發(fā)動(dòng)機(jī)和潤(rùn)滑油冷卻系統(tǒng)。說(shuō)它復(fù)雜是因?yàn)樗粌H包含冷卻液輸送管道系統(tǒng)，還包含能真正使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套等零部件。以下對(duì)這一設(shè)計(jì)過(guò)程能如何進(jìn)展以及 CFD 工具如何用于優(yōu)化這一系統(tǒng)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵的工具選擇
假設(shè)我們?yōu)橐患艺陂_(kāi)發(fā)新汽車(chē)模型的汽車(chē)公司工作，但我們希望使用經(jīng)過(guò)多年驗(yàn)證的可靠發(fā)動(dòng)機(jī)。我們必須設(shè)計(jì)一種新的冷卻系統(tǒng)，它將使用這種發(fā)動(dòng)機(jī)，但要求發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)廂具備新的管道系統(tǒng)。我有兩種 CFD 分析工具，其中一種能用于分析管道系統(tǒng)，可視為一維（指流體在冷卻液管道中單向流動(dòng)）分析。另一種三維工具能分析復(fù)雜流體流動(dòng)和熱交換的零部件。所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)明顯是一維管道系統(tǒng)和三維復(fù)雜零部件的結(jié)合，我該用哪種 CFD 工具來(lái)分析這個(gè)系統(tǒng)呢？
一維-三維 CFD
明導(dǎo)電子最近宣布推出一個(gè)有效結(jié)合和利用一維 CFD 工具 Flowmaster® 和三維工具 FloEFD® 特長(zhǎng)的解決方案。圖2說(shuō)明了這一結(jié)合了一維和三維的解決方案如何為該例汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)工作。
最初，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)師定義了可穿過(guò)水套的壓力和流動(dòng)速率等一系列邊界條件。他們通過(guò)了解待設(shè)計(jì)汽車(chē)的常見(jiàn)駕駛情境以及將如何關(guān)聯(lián)到發(fā)動(dòng)機(jī)較大扭矩轉(zhuǎn)速 (RPM) 和水泵性能來(lái)確定這些數(shù)值。
發(fā)動(dòng)機(jī)/水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師使用 MCAD 系統(tǒng)內(nèi)嵌的 FloEFD 工具，在水套上進(jìn)行詳細(xì)的流體流動(dòng)和熱交換分析。她根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提出的邊界值范圍建立了一套 FloEFD 分析。這可能需要通過(guò)三維分析運(yùn)行30、40、甚至更多批模型。這些運(yùn)行生成的數(shù)據(jù)自動(dòng)擬合成詳細(xì)的特征圖，現(xiàn)在構(gòu)成一套完整的水套模型。模型中輸入了水套邊界條件，生成了冷卻液（和發(fā)動(dòng)機(jī)）流動(dòng)溫度。
該模型被簡(jiǎn)單地嵌入 Flowmaster 工具相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。如今系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能通過(guò)新汽車(chē)模型預(yù)期的系列駕駛情境來(lái)進(jìn)行冷卻分析。冷卻系統(tǒng)中可加入設(shè)計(jì)變化，從而運(yùn)行執(zhí)行分析。水套模型保持完好無(wú)缺，因?yàn)樗w了所有可能的操作環(huán)境。
復(fù)雜零部件（水套）三維仿真的準(zhǔn)確性結(jié)合一維冷卻系統(tǒng)分析的速度，將兩者較大優(yōu)點(diǎn)整合到一個(gè)系統(tǒng)中。有了分析速度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠設(shè)計(jì)出在具有較佳性能的小帶寬運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，溫度范圍可能在3-4攝氏度。若冷卻系統(tǒng)在超過(guò)該較佳范圍的溫度下運(yùn)行，則可能導(dǎo)致過(guò)熱以及汽車(chē)制造商高額保修費(fèi)用。在低于較佳溫度范圍的溫度下運(yùn)行則可能導(dǎo)致過(guò)度排放和汽油里程數(shù)過(guò)少。
同樣的方法可用于其它汽車(chē)系統(tǒng)，如排氣裝置、燃油和車(chē)廂空調(diào)等。它還能用于軍事/航空等行業(yè)的燃油供應(yīng)和環(huán)境控制、化學(xué)加工、能源和公用事業(yè)等等。
關(guān)于 Mentor Graphics
Mentor Graphics 集團(tuán)（納斯達(dá)克代碼：MENT）是電子硬件和軟件設(shè)計(jì)解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者，為世界上較成功的電子和半導(dǎo)體公司提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、咨詢(xún)服務(wù)和支持，所提供的支持曾多次獲獎(jiǎng)。公司成立于1981年，在過(guò)去的12個(gè)月中實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入約10.15億美元。公司總部地址：8005 S.W. Boeckman Road, Wilsonville, Oregon 97070-7777（美國(guó)俄勒岡州）。官方網(wǎng)站：http://www.mentor.com。
