Cradle CFD助力新能源汽车电驱动设备喷油冷却散热仿真

海克斯康工业软件旗下的Cradle CFD软件能提供实用的、先进的计算流体动力学仿真和可视化解决方案。它具有卓越的处理速度、精细的技术和高用户满意度，已被用于汽车、航空航天、电子、建筑、风扇、机械和海洋开发等领域，以解决热和流体问题。除此之外，Cradle CFD整合了多物理场协同仿真和单向联合仿真功能，以实现与结构、声学、电磁、机械、一维、优化、热环境、3D CAD和其他分析工具的耦合，从而使用户能够有效地解决跨多个学科的工程问题。Cradle CFD强大的后处理功能，可以生成视觉上逼真的仿真图形，轻松表达仿真数据结果，为用户实现高级仿真处理并提供更好的设计建议。

图1 Cradle CFD 进行汽车及飞行器外气动模 拟

新能源汽车电驱动系统是指利用电动机将电能转化为机械能来驱动车辆运行的系统，是新能源汽车的核心部件。该系统的散热对整车安全和高效运行有重要影响。数值模拟仿真技术将计算机虚拟计算代替实物实验，不仅节约了实验室占用，加工物料等成本，还能大大减少参数采集周期，具有成本低、周期快的特点。

图2 电驱动系统

在对电驱动设备的喷油冷却进行模拟仿真的过程中，数值模拟技术对计算机的“算力”有较高要求，数值计算要求CPU并行线程多，内存存储大。惠普Z8 G4 台式工作站完全符合使用需求，其搭载了2颗10核心20线程高并行CPU，共计20核心，40线程，CPU浮点计算速度为2.4GHz，同时拥有4块32GB，共计128GB的高速存储内存，高配置专为企业级数值计算而生。

图3 惠普Z8 G4台式工作站

表1 惠普Z8 G4台式工作站硬件配置信息

模拟过程采用14核心并行划分网格，网格类型为非结构化全六面体，网格数量有3180万，网格划分时间为3759秒。“网格”是将连续的体切割成离散块的过程，离散块（网格）越多，计算机中的虚拟替代物与现实中的实物越接近。图4为实物与虚拟离散块的关系示意图。

图4 实物切割成虚拟离散块的过程

图5和图6为电驱动模块的虚拟离散块（网格）分布。虽然网格（离散块）数量多精度高，但是需要针对每个网格构建力学平衡方程，大量的力学平衡方程需要CPU并行处理。CPU的并行就像工厂的流水线，网格就像被分拣的包裹，流水线越多，同一时间内能够分拣的包裹越多。内存就像包裹分发之前的仓库空间，处理的包裹数量越多，所需的仓储空间越大，即网格越多，所需内存越大。惠普Z8 G4工作站搭配了2块Intel Xeon 4210R 2.4GHz 10核处理器，128GB DDR4 2933 ECC内存，不仅拥有大量的并行CPU，而且拥有巨大的内存空间，保证了数值计算快速、高效的进行。

图5模型全局网格（模糊处理)

图6 模型局部的 网格

网格数量足够大，10cores计算时每核心能够分配300万网格左右，20cores计算时能够分配150万网格，保证每个core都能获得足够多的网格数量。在该网格数量下，计算时间大大缩短，cores使用数量翻倍，计算时间缩小一半，惠普Z8 G4工作站性能表现稳定。

表2 计算时间和占用资源对比

图7为喷油冷却内部表面的换热系数分布，可以看出，在喷嘴附近，喷射效果明显，对流换热系数大大增强。测试机器惠普Z8 G4工作站配备了2块NVIDIA RTX 3080显卡，全新的渲染方法将光栅化和可编程着色技术与光线追踪和AI融合在一起，使显示画面更加精美、逼真，近乎电影级惊艳。通过英伟达板，使Cradle CFD的炫酷后处理得到了最大限度的发挥。

图7 电驱动内部表面对流换热系数分布（模糊处理）

电驱动系统的零件众多，系统复杂，对显示，计算，存储等性能要求都较高，可以说是对系统综合性能的极大考验，惠普Z8 G4台式工作站搭载专业NVIDIA显卡，保证了Cradle CFD在图像移动，旋转，缩放以及动态渲染过程中都较为流场。惠普Z8 G4台式工作站的高性能算力保证了在进行CPU计算时计算流畅，大大缩短了项目实施时间。128GB的超大内容保证了数据的存储，完全能够胜任千万级别网格的数值模拟项目。除此之外，免工具机箱可快速、轻松访问机箱内部，以进行升级和维护；内置把手，能够轻松搬运，创新型低噪音设计支持 “ 冷、静 ” 运行，以提高工作效率。整体来讲，惠普Z8 G4台式工作站作为系统级别的模拟仿真平台具有十足的性价比。

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