一个汽车冷却系统的设计

在当今的汽车领域，许多系统和零部件在设计过程中都需要进行计算流体力学(CFD)分析来确保其最佳的性能、可靠性、成本和上市时间。这些系统和零部件有可能是结构件，也有可能是电子元件，或者两者皆是。CFD分析是系统设计的三大方法之一。除此之外，系统设计中还有一种方法是制作物理样机，测试物理样机，之后对设计进行优化改进，并且需要重复这个过程，这种方法花费极为昂贵和并且十分费时。还有另外一种方法就是过度设计，这会带来“安全”的解决方案，但可能成本效益较低，而且可能对想在窄带宽中运行的系统的性能造成损失。在设计早期和整个设计过程中将“虚拟样机”结合CFD分析，能以较低的成本（更少物理样机）提供最优化的系统，并让系统更快上市。

复杂汽车系统中非常有代表性的例子是发动机和润滑油冷却系统。说它复杂是因为它不仅包含冷却液输送管道系统，还包含能真正使发动机冷却的发动机冷却水套等零部件。让我们来探讨这一设计过程能如何进展以及CFD工具如何用于优化这一系统。

关键的工具选择

假设我们为一家正在开发新汽车模型的汽车公司工作，但我们希望使用经过多年验证的可靠发动机。我们必须设计一种新的冷却系统，它将使用这种发动机，但要求发动机和车厢具备新的管道系统。我有两种CFD分析工具，其中一种能用于分析管道系统，可视为一维（指流体在冷却液管道中单向流动）分析。另一种三维工具能分析复杂流体流动和热交换的零部件。所要设计的系统明显是一维管道系统和三维复杂零部件的结合，我该用哪种CFD工具来分析这个系统呢？

图1：该汽车冷却系统包含简单的管道，以及发动机水套等非常复杂的零部件

仿真分析一维工具明显比三维工具快得多，但在模拟复杂的水套时准确度不够。但如果我们只使用三维CFD工具来分析整个系统，我们可以得到我们需要的准确结果，但仿真计算时间将会太长，从而不能实现利用数种设计方法进行虚拟实验的目的。最好的方法还是整合一维和三维工具以及利用二者特长。

一维-三维CFD

明导电子最近宣布推出一个有效结合和利用一维CFD工具Flowmaster和三维工具FloEFD特长的解决方案。图2说明了这一结合了一维和三维的解决方案如何为该例汽车冷却系统工作。