STAR-CCM+：汽车散热器仿真案例

时间：2024-10-15 16:38:38

汽车散热器是一个热交换器，从发动机流出的高温冷却液在散热器芯体内流动，低温空气从散热器芯体外吹过，从而带走热量帮助发动机内的冷却液稳定在恒定的工作温度。模型描述：冷却液上进下出，吹风由前向后，散热芯体简化为多孔介质模型，稳态计算。

工具/原料

STAR-CCM+ 13.02

模型导入

1、启动STAR-CCM+，新建simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK，保存模型为radiator_hx.sim。

2、点击Import Surface Mesh，导入radiator_parts.x_b。参数默认，勾选Open Geometry Scene After Import。

网格划分

1、同时选中所有Part，右键选择Assign Parts to Regions，相关设置如图。

2、点击Operations > New > Mesh > Automated Mesh，选择所有Part，Enabled Meshers选择Surface Remesher、Trimmed Cell Mesher，勾选Per-Part Meshing。

3、点击Automated Mesh > Meshers > Trimmed Cell Mesher，勾选Perform Mesh Alignment。

4、点击Automated Mesh > Default Controls，Base Size设为25.6 mm，Minimum Surface Size > Percentage of Base设为1，Mesh Alignment Location设为[-0.166693，0.293814，0.126133]，其他默认。

5、点击Geometry > Parts，右键New Shape Part > Block。Corner 1为[-0.18477，-0.15894，0.100453]，Corner 2为[0.29612, 0.38635, 0.179]，点击Create。

6、点击Operations > Automated Mesh > Custom Controls，右键New >稆糨孝汶; Volumetri Control。Parts选择Block，勾选Surface Remesher > Customize Size，Trimmer > Customize Isotropic Size。

7、Custom Size设为6.4 mm。右键Automated Mesh，点击Execute，生成网格。

物理模型

1、点击Continua > New > Physics Continuum，分别创建流体和固体模型，并重命名为Air和Coolant。

边界条件

1、右键Regions > core，重命名为air_core，复制air_core再命名为coolant_core。

2、删除两个Interface：coolantBase/core，coolantTop/core。创建两个Interface：同时选中coolant core > Boundaries > base_face和coolantBase > Boundaries > Coolant_base_interface，右键点击Create Interface。同理，同时选中coolant core > Boundaries > top_face和coolantTop > Boundaries > Coolant_top_interface创建Interface。

3、在Region栏，coolant_core，coolantBase，coolantTop对应的Physics Continuum选择Coolant；air_core，airDuctDownstream，airDuctUpstream选择Air。

4、点击Regions 争犸禀淫> airDuctUpstream > Boundaries > Air_inlet，Type类型选择Velocity Inlet，Ph烤恤鹇灭ysics Values 栏，Static Temperature设为308 K，20 m/s。同理，点击Regions > airDuctDownstream > Boundaries > Air_pressure_out，Type类型选择Pressure Outlet。

5、点击Regions 争犸禀淫> coolantTop > Boundaries > Coolant_inlet，Type类型选择Mass Flow Inlet，Ph烤恤鹇灭ysics Values 栏，Mass Flow Rate设为1.8 kg/s，Total Temperature设为380 K。同理，点击Regions > coolantBase > Boundaries > Coolant_pressure_out，Type类型选择Pressur Outlet。

6、将air_core和coolant_core简化为多孔介质模型，在Region栏，air_core和coolant_core的Type选择Porous Region。

7、点击air_core > Physics Values > Porous Inertial Resistance，分别设置XX/YY/ZZ Compo荏鱿胫协nent值为1e4，1e4，90 kg/m4；Porous Viscous Resistance，分别设置XX/YY/ZZ Component值为1e5，1e5，450 kg/m3-s。同理，coolant_core > Physics Values > Porous Inertial Resistance ，分别设置XX/YY/ZZ Component值为1e8，2e6，1e8 kg/m4；Porous Viscous Resistance，分别设置XX/YY/ZZ Component值为1e6，5.5e4，1e6 kg/m3-s。惯性阻力和粘性阻力系数本例采用软件自带help中的数据，在具体案例中应根据实验或仿真进行标定得到。

Heat Exchanger Interface

1、在Region栏同时选中air_core和coolant_core，右键Create Interface > Heat Exchanger。

2、点击Interfaces > Heat Exchanger 1 > Physics Conditions > Heat Exchanger Method，Option选择Actual Flow Dual Stream。

3、点击Heat Exchanger Data Specification，Method选择UAG Table。

4、点击Tools > Table，右键New Table > File Table，导入uag_table.csv。

5、点击Interfaces > Heat Exchanger 1 > Physics Values > UAG Table，Table选择uag_table，Mass Flow Rate选择column0，UAG选择column1，Cold Upstream Boundaries选择upstream_face [airDuctUpstream/core]，Hot Upstream Boundaries选择top_face [Interface 2]。

6、点击Physics Values > Heat Exchanger First Iteration，设为90。

后处理显示

1、监控空气出口温度。右键Reports选择New Report>Surface Average，重命名为Air Temperature Out，Parts选择Regions > airDuctDownstream > Air_pressure_out，Field Function选择Temperature。

2、监控冷却液出口温度。复制Reports>Air Temperature Out，重命名为Coolant Temperature Out，Parts选择Regions > coolantBase>Coolant_pressure_out。

3、监测两种介质的热交换量。右键Reports选择New Report>Heat Exchanger (Dua造婷用痃l Stream)，选择Heat Exchanger 1，Cold Downstream Boundaries选择downstream_face [airDuctDownstream/core]，Hot Downstream Boundaries选择base_face [Interface 1]。

4、创建Plot。同时选中Air Temperature Out和Coolant Temperature Out，右键Create Monitor and Plot from Report，选择Single Plot，重命名为Temperature Plot。同理，创建Heat Exchanger (Dual Stream) 1报告。

5、创建监控截面。截面1：点击Derived Parts > New Part >挢旗扦渌; Section > P造婷用痃lane，Input Parts选择[air_core，airDuctDownstream，airDuctUpstream]，Normal向量为[1, 0, 0]，勾选No Displayer，点击Create，将Plane Section重命名为Section Air。截面2：Input Parts选择[coolant_core，coolantBase，coolantTop]，Normal向量为[0, 0, 1]，勾选No Displayer，点击Create，将Plane Section重命名为Section Coolant。

6、创建Scalar Scene监控温度。点击Scenes > Scalar Scene 1 > D足毂忍珩isplayers > Outline 1 > Parts，选择Section Air，Section Coolant。同理，Scalar 1 > Parts也选择这两项。Scalar Field > Function设为Temperature；Contour Style选择Smooth Filled；Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。