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Simcenter Amesim Embedded CFD v2020.2热量分析功能

Amesim Embedded CFD v2020.2发布时间2020-10-17所属栏目文章资讯浏览次数

通过这篇文章让我们来查看Simcenter Amesim Embedded CFD的最新版本如何通过1D和3D仿真环境的智能组合来帮助加快效率。如图1所示

图1、Siemens Simcenter Amesim Embedded CFD v2020.2

车辆热舒适性挑战

由于气候变化以及由此产生的节能目标,评估各种车辆的热舒适性的需求在不断增加。尤其是评估城市公交车的热舒适性。

车辆的电气化也推动了这些节能。在这些车辆中,加热不再像在内燃机车辆中那样“免费”,类似于从电池中冷却能量,从而影响了车辆行驶里程。

因此,在运输领域,OEM厂商和供应商都面临着在设计周期的早期就处理热舒适性的挑战,以便迅速做出最佳决策,从而避免低效的后期迭代。

在早期设计中引入热舒适性评估应能快速/轻松地给出正确的趋势,而不会涉及太多细节,因为所有系统组件尚未最终确定。应针对各种配置和实际条件(即在瞬态场景期间)进行逻辑评估。

为了应对这一挑战,由于气流现象的3D性质,我们经常使用系统仿真而没有提供足够的保真度。

使用完整的3D CFD方法进行操作的经典替代方法也不是最佳选择,因为CAD需要完全可用,并且可以快速处理的配置数量受到限制。

Simcenter Amesim Embedded CFD 2020.2概览

考虑到上述挑战,Simcenter Amesim的嵌入式CFD方法实际上是将系统仿真方法与Simcenter STAR-CCM + 3D CFD方法结合起来的一个很好的折衷方案。被描述为一维和3D CFD仿真环境之间的混合工具,该工具将从两种技术中受益。它提供了3D分辨率的保真度以及接近1D的仿真时间,所有这些都封装在易于使用的特定GUI中。

Simcenter Amesim嵌入式CFD的新2020.2版本为驾驶舱带来了舒适感。它可以处理任何类型的机舱,从两人座的汽车到整个商用飞机。

用户现在可以定义自己的几何形状、空气区域的数量、通风口的位置、材料的类型(不透明或透明)等等。

除了这项重要的增强功能外,我们还将与Simcenter STAR-CCM +的兼容性升级到其他版本(最高2020.1)。

开门时的应用于城市公交的降温方案

下文将通过多区域建模方法评估城市公交车热舒适性的具体情况将说明Simcenter Amesim Embedded CFD的使用。让我们在第一阶段模拟整个巴士的冷却过程,然后模拟两个连续的巴士站,在此期间前门和中门都打开。

Simcenter Amesim模型。下图说明了包含Cabin组件的HEAT库。默认情况下,此组件具有3个外部端口,它们在空气质量流量、温度、压力和湿度方面,在左侧连接通风孔边界条件,而在右侧则连接车速和周围空气温度。如图2所示

图2、应用于城市公交的降温方案

构建3D几何。要从上述Simcenter Amesim模型构建3D几何,我们从机舱组件启动Simcenter Amesim Embedded CFD应用程序。分步式GUI指导用户完成1D-3D耦合仿真。让我们从3D几何图形构建开始。如图3所示

图3、构建3D巴士机舱几何

3D几何体使用XYZ坐标和基本块(例如盒子、圆柱体、3D多边形等)的尺寸构建。这些元素可以是3种类型:

  • 流体:创建感兴趣的流体环境(即所产生的机舱空气量);
  • 实体:创建将作为实体与空气进行热交换的对象;
  • 阻塞:从流体域中清除材料(例如,轮子);

我们使用切割平面将整体体积分成感兴趣的空气区域。 对于我们的公交车模型,我们总共定义了16个空气区,如图4所示。

图4、包含16个空气区域的公交车模型

为了帮助用户构建几何图形,请注意,Simcenter Amesim Embedded CFD 关联了一个动态3D查看器。几何图形完成后,“生成”按钮将在几秒钟内静默触发Simcenter STAR-CCM +模型。

定义边界条件并划分3D模型的网格

第二步,我们可以执行下面的几个操作:重命名几何中的元素(体积和面);将边界条件与面关联;只需使用拖放操作,即可在Simcenter Amesim和Simcenter STAR-CCM +之间关联要交换的变量;定义平均网格大小并允许重力处理。

模拟瞬态场景

在运行模型之前,我们会在“从3D模型到1D草图”步骤中自动生成驾驶室的1D结构。用户可能在此步骤开始时重新定义连接到机舱的MUX元素的尺寸。

完成后,可以定义并启动运行,然后可以访问后处理的3D结果,如图5所示。