一种基于CFD稳态模式的散热器热传递控制系统的制作方法

本发明涉及车用散热器性能测试，具体而言，涉及一种基于cfd稳态模式的散热器热传递控制系统。

背景技术：

1、为了保证车辆正常行驶，必须确保其在各种工况下都能实现热平衡。对于车辆热管理的控制，当前的主流技术是利用电子控制单元(ecu,electronic control unit)接收并解析发动机的温度信号，基于这些数据进行状态解析，再由ecu调控散热器、中冷器等关键部件的控制参数，从而构建稳定的闭环控制系统。但ecu接收温度信号、解析工作状态、再控制散热系统的过程，在特定工况下存在一定延迟，延迟会导致系统反应不及时，从而影响散热效果和发动机性能。

2、因此需要一种可及时预测散热量并实现及时控制的方案。

3、但目前对于车辆散热器的整体性能预测存在一定的挑战：换热最小尺度低于0.1mm，最大尺度约为1000mm，跨越4个数量级，因此整体性能预测时间周期长、开发难度大。针对此情况，目前普遍利用多孔介质替代翅片的方案进行整体仿真，但采用多孔介质方案时，多孔介质设置参数无法准确体现翅片结构差异对性能的影响，因此，目前的方案中，整体性能预测存在一定误差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提供了一种基于cfd稳态模式的散热器热传递控制系统，包括：

2、cad建模模块：用于搭建散热器数学模型，散热器数学模型包含散热器实体的各组成部分，包括：散热器水室和散热器芯体；其中部分组成部分只需构建局部特征单元；沿散热器芯体进行区域划分，以垂直于冷却液流动的方向划分为n份，以平行于冷却液流动的方向划分为m份，划分后的区域表示为(i，j)，其中，i、j、n、m为自然数，且n、m>3，i<＝n，j<＝m；所述垂直于冷却液流动的方向为i方向，所述平行于冷却液流动的方向为j方向；

3、cfd稳态计算模块：用于将散热器数学模型导入cfd仿真软件，构建生成散热器仿真模型，散热器仿真模型用于根据仿真环境参数输出散热器的性能参数和局部性能参数；所述仿真环境参数包括空气流速、环境温度、冷却液入口质量流量、冷却液入口温度，所述性能参数包括冷却液进入扁管时的流动速度vi、扁管入口温度tin，所述局部性能参数包括第j行区域的扁管出口温度tout(i,j)；

4、正向计算模块：用于结合散热器数学模型的区域，调用cfd稳态计算模块，根据整体传热性能的计算公式获取散热器的整体传热性能，构建仿真关系数据表；

5、信号接收模块：用于接收实体发动机温度信号、空气流速、水室入口温度tinfactt；

6、逆推计算模块：用于根据实体发动机温度信号计算散热器需要传递的热量，逆推冷却液流动速度vi、扁管入口温度和扁管出口温度的关系，获取冷却液入口质量流量、空气流速作为真实环境参数；

7、控制模块：用于将真实环境参数生成控制指令，将控制指令输出至实体散热器，实现散热器热传递控制。

8、其中，在cfd稳态计算模块中，预设各环境参数的参数值，构成最初参与仿真分析的仿真环境参数；

9、预设仿真环境参数时，设j＝1时i方向各扁管入口温度tin相同，即：tin(1,1)＝tin(2,1)＝...＝tin(n,1)＝tin，此时扁管入口温度tin为冷却液入口温度；

10、cfd稳态计算模块根据仿真环境参数，基于不同的tin(i,j)输出散热器局部散热性能参数，体现为i方向每个区域的扁管出口温度tout(i,j)。

11、进一步的，正向计算模块计算整体散热性能前，由(i,j)区域模型扁管的出口温度以及扁管的入口温度以热累积传递的方式，计算散热器芯体第j行扁管出口温度tout(i,j)；具体为：

12、获取i方向第j行扁管入口温度tin(i,j)，根据扁管入口温度tin(i,j)通过cfd稳态计算模块计算对应的扁管出口温度tout(i,j)；第j行扁管出口温度tout(i,j)为第j+1行扁管入口温度tin(i,j+1)，可通过cfd获得第j+1行扁管出口温度tout(i,j+1)。

13、进一步的，扁管出口温度tout(i,j)计算方法为：

14、

15、其中，tin,air为空气入口温度，i为小于n的自然数，j为小于m的自然数；

16、j＝1时，扁管入口温度tin(i,j)为预设值；j>1时，扁管入口温度tin(i,j)＝tout(i,j-1)。

17、进一步的，散热器的整体传热性能包括传递热量值；

18、所述传递热量值的计算公式为：

19、其中，ρ为冷却液密度、vi为第i列扁管的冷却液流动速度、ai为第i列扁管截面积、tout为散热器出口温度、tin为水室入口温度、cpm为冷却液的平均比热容；

20、散热器出口温度tout通过散热器芯体第m行的n列扁管出口温度计算生成；冷却液的平均比热容cpm根据tin、tout得到对数平均温差tdm后计算获得。

21、其中，散热器出口温度tout的计算方法为：

22、其中，ρ为冷却液密度、vi为第i列扁管的冷却液流动速度、ai为第i列扁管截面积，tout(i,m)为第m行第i列扁管出口出口温度。

23、进一步的，逆推计算模块获取来自信号接收模块输出的发动机温度、真实水室入口温度tinfact；

24、根据发动机温度计算对应的传递热量需求qfact；

25、根据传递热量需求qfact和真实水室入口温度tinfact，调用整体传热性能的计算公式，获取实质冷却液入口质量流量、环境温度等指标，构成真实环境参数。

26、控制模块通过向实体发动机、散热器输出控制信号，同时通过信号接收模块实时监测实体发动机、散热器的真实指标，将其与cfd稳态计算模块中计算结果进行比较和修正；其中的，所述真实指标包括：传递热量需求、流阻、风阻、散热器出口温度tout。

27、与现有技术相比，本发明提出的基于cfd稳态模式的散热器热传递控制系统的有益效果如下：

28、1.通过对稳态模式改良计算以达到瞬态计算效果，大幅缩短计算时间，节约计算资源；

29、2.利用散热器局部特征结构的cfd仿真数据及流向周期传热特性快速计算出整体散热量，缩短预测周期；

30、3.采用热累积传递计算方法，计算过程稳定，可靠性强。

31、本发明的控制系统使得传热特性的变化和不确定有更好的适应性，提高了车辆热管理过程中散热控制的精确性与稳定性，有助于提高燃油效率、减少排放并提升车辆的整体性能。

技术特征：

1.一种基于cfd稳态模式的散热器热传递控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，在所述cfd稳态计算模块中，预设各环境参数的参数值，构成最初参与仿真分析的仿真环境参数；

3.根据权利要求2所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述cfd稳态计算模块根据仿真环境参数，基于不同的tin(i,j)输出散热器局部散热性能参数，体现为i方向每个区域的扁管出口温度tout(i,j)。

4.根据权利要求1所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述正向计算模块计算整体散热性能前，由(i,j)区域模型出口温度以及扁管的入口温度以热累积传递的方式，计算散热器芯体第j行扁管出口温度tout(i,j)；具体为：

5.根据权利要求4所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述扁管出口温度tout(i,j)计算方法为：

6.根据权利要求1所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述散热器的整体传热性能包括传递热量值；

7.根据权利要求6所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述散热器出口温度tout的计算方法为：

8.根据权利要求1所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述逆推计算模块获取来自信号接收模块输出的发动机温度、水室入口温度tinfact；

9.根据权利要求8所述的散热器热传递控制系统，其特征在于，所述控制模块通过向实体发动机、散热器输出控制信号，同时通过信号接收模块实时监测实体发动机、散热器的真实指标，将其与cfd稳态计算模块中计算结果进行比较和修正；其中的，所述真实指标包括：传递热量需求、流阻、风阻、散热器出口温度tout。

技术总结本发明公开了一种基于CFD稳态模式的散热器热传递控制系统，包括：CAD建模模块：用于搭建散热器数学模型；CFD稳态计算模块：用于将散热器数学模型导入CFD仿真软件，构建生成散热器仿真模型；正向计算模块：用于结合散热器数学模型的区域，获取所述散热器的整体传热性能；信号接收模块：用于接收实体发动机温度信号、空气流速、环境温度信号；逆推计算模块：用于获取冷却液流动速度v<subgt;i</subgt;、空气流速；控制模块：用于执行逆推计算模块的计算结果生成控制指令，实现散热器热传递控制。根据上述技术方案，可以使传热特性的变化和不确定有更好的适应性，提高了车辆热管理过程中散热控制的精确性与稳定性，有助于提高燃油效率、减少排放并提升车辆的整体性能。技术研发人员：李磊,孟丽苹,杨选虎受保护的技术使用者：贵州永红散热器有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17