开源 CFD 在热管理领域的应用与实践

摘 要：本文利用开源软件 iconCFD 对某车型发动机舱三维流场进行数值模拟，获得详细流动特征，并对 比开源软件与商业软件的前端冷却模块(冷凝器、散热器、中冷器)的风量、机舱内流场分布等结果。开源 软件计算可以得到与商业软件相当的计算精度，是未来数值仿真的一个重要发展方向。

本文运用 iconCFD 软件对某轿车（含发动机舱内详细模型）进行建模，计算某行驶工况下发动机舱内 的流场分布，获得了包含前端冷却模块(冷凝器、散热器、中冷器和风扇)的风量、机舱内关键部件周边的 流场细节，为舱内冷却系统设计和零部件布置提供了技术支撑。

1 模型建立和计算工况

1.1 计算模型的建立

整车热管理分析的模型包括：车身外造型、发动机舱、进气格栅、冷却模块、发动机、变速箱、蓄电 池、进排气系统等影响前舱空气流动的主要部件。本例使用第三方软件已经获得的整车表面网格，导入 iconCFD 软件的网格处理器中生成体网格。在整个车身，前舱进气通道，尾流，底盘，车灯等重点区域定 义加密源。体网格类型为六面体核心网格，数量约 1000 万，2 层边界层。

1.2 计算工况和边界条件

计算工况为 120 km/h 的高速行驶条件。计算域如图所示，入口为速度边界，出口为压力边界。风扇在 高速工况下转速为 0。

2 计算方法数值模型

描述汽车内、外流的控制方程包括：连续性方程、动量方程 3]。对动量方程时均化后，需要采用湍流 模型对方程进行封闭，iconCFD 软件中提供了多种基于涡粘假设的湍流模型，本文中采用 K-epsilon Realizable 湍流模型，对流项的离散采用二阶迎风格式，扩散项的离散采用二阶中心差分格式。在本此计 算中，散热器芯体采用多孔介质模型来模拟气流在其厚度方向上的压力降。

3 结果分析 

3.1 部分流场仿真结果

以下展示部分截面上的速度、压力和压力系数的分布云图。高速工况下，风扇后方有较大的流速，少 部分风量绕过换热器周围流向后舱，发动机后方的发热部件周围有一定的流动速度分布。流场结果与之前 商业软件仿真结果一致。后处理工具为 Ensight。

3.2 对比风量分析结果

对比 iconCFD 与现有商业软件计算结果，换热器模块的风量统计见表格和直方图。

4 结论

iconCFD 软件的计算结果与实验数据对比，能达到预期要求。与商业软件对比，结果也非常吻合。使 用开源软件进行数值仿真，并与实验测试相结合，可以大幅缩短研发周期，降低研发成本。

iconCFD 有配套的网格前处理工具，但为了对比计算结果，本次计算我们采用相同的第三方软件处理 的表面网格。iconCFD 开发了专门的面向汽车行业的前处理界面，模型设定过程流程化，简单易用。在保 证仿真精度一致的前提下，开源软件软件本身是免费的，也没有 license 数量的限制，只要硬件支持，不限 制并行核数，可以同时提交多算例大规模模型的并行计算。这充分体现出了开源软件的优势，可以更高效 得完成仿真计算。

本文来自：汽车CFD技术应用之家