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                教育装备采购网
                第六届图书馆论坛580*60

                经纬恒润描述▽热模拟中常见的“五宗罪”

                教育装备采购网 2016-03-18 15:26 围观548次
                  复杂的热环境对汽车以及其他很多产品的热性能会产生什么样』的影响?对此,当今的工程人员与设计师越来越多地通过样机、测试、检验和实验等手段,对上述热问题进行模拟仿真。虽然这些热模拟手段旨在有效地节省制造时间和经费,但在模拟过程中五种常见的错误往往会浪费更多经费,在设计周期中增加额外的时间,终影响产品性能。


                  下面就是常见的这“五宗罪”:

                  1、 当需要瞬态分析时仍进行稳态分析

                  无论是从节约成本还是减少模拟的复◥杂性考虑,简化测试方案都非常具有诱惑性,人们也自然而然地想到采用稳态分析。这样,很多人都错误地将模拟环境建成了一个“平衡”或是“稳态”状态。

                  但是真实世界不是一成不变的,我们生活在一个瞬息万变的世界。举个例子来说,汽车对于动态作用力的反应能力就会影响到它的性能。

                  有时我们会在一小段距离内不断地启停,有时又会长时々间以恒定的速度驾驶;有时我们重载上坡,有时又会下坡滑行;有时我们在寒冷的夜晚驾驶,有时又在一天中热的时候出去高速行驶。

                  为反映汽车在实际中的使用情况,有一个能进行瞬态分析的工具就非∩常重要,因为只有这样才能非常好地模拟汽车的真实状况。否则,会设计并制造出一个“浪费能量的产品”。比如说,HVAC系统设计出的功率比实际需要的功率更大,或者添加了一个不必要的隔热件或是防护罩——终都会产生额外的设计、制作以及材料成本。

                  2、 为了节省时间和经费而减少分析工况的数量

                  工程师常常将☆减少热模拟中的设计变量作为节约设计成本的一种途径,而用“坏情况”取而代之,希望通过选择宽的取值范围来弥补设计变量少的不足,但是这种想法往往终被证明都是错误的。

                  例如,有时工程师会通过高速驾驶对高性能车辆进行测试,检测苛刻条件下的性能表现。然而,对于热模拟来说,高速也许不是苛刻的条件,因为当汽车高速行驶时▓存在大量的气流可以冷却发动机。这样就会导致过设计或欠设计,因为使用条件是基于直觉的猜想,而不是对真实情况的模拟或是测试。

                  因此,热模拟需要采用的快速分析软件对高保真模型进行仿真,考虑全部变量和测试情况。否则可能会》错过设计后期才会暴露出来的潜在问题。到那时,设计更改的代价会更昂贵,而且影响整个项目的周期,终既不能节省时间也不能节省经费。

                  3、 应用物理假设而忽略特殊情况

                  对测试环境进行假设非常有用,也可能节约时间。但是,这样做同样存在风险√和不准确性——尤其是没有考虑到特殊情况的时候。拉斯维加斯的Vdara酒店就是很好的例子。这个设计声称完美曲面的全玻璃幕墙。然而,该设计并没有在实际环境中进行热模拟,而终证明代价是昂贵的。在建筑物的凹面,太阳光在一天内的某些时候会集中在一处,导致酒店前的一块区域非常热而住客无法●使用。TAI的热设计专表示,如果设计中建立一个热模型,完整模拟一天内各时刻的情况,考虑玻璃的曲率对太阳光的聚焦效果,那么这个特殊的热场景就可以被预测到,从而避免将这种设♂计付诸实践。遗憾的是,酒店设ξ计方面没有进行热模拟,而是不幸地得到了 “死亡射线酒店”的绰号。

                  这种情况在酒店设计中非常常见,而且在别的应用中也是普遍存在的。比如,遮阳伞或是遮阳蓬的反射表面,会将光和热反射到未曾预料到的地方,除非准确地模拟或测试。

                  4、 评价HVAC采用固定的温度水平而不是实际的舒适度水平

                  测试汽ξ 车的空调系统能否将温度控制到23度是一回事,而人在车中是否真正舒适则是另一回事。伯克利舒适性模型能够基于生理的指标明确评估预测乘客的舒适度,考虑人对环境因素的生理反应,比如人员在进入车辆前的新陈代谢热量、颤抖、呼吸、血管扩张或收◥缩、出汗、衣着以及乘客的活动量等。

                  实际上,近的研究表明,达到舒适的时间会随着各种因素的变化而变化,如乘客活动量。在这一点上,包括恒润科技在内的很多单位的技术人员都知道,基于环境测试的温度指标与基于生理的舒适度指标是不一致的。

                  采用相对简单的环境控制策略,对人体舒适评估的不准确会导致更高的能耗,或是无法通过可靠的方法使得乘客感到舒适。

                  5、 工具没有耦合或耦合不够充分

                  工程技术人员已经开始意识到将热分析与CFD工具耦合,是模拟热动力学模型更可靠的途径。在热与CFD的联合仿真方面,也能考虑更多的变化。

                  然而,我们必须要知道的是,目前CFD软件在瞬态分析方面的计算量巨大,所以单独仿真可能会得到不准确的热结果。比如,在汽车机舱内,有三个不同的因素影响热交换——发动←机本身的热辐射、部件之间相互接触的热传导以及流动复杂的气流引起的热对流——在车辆▅实际驾驶过程中它们都会在大小和持续时间上不断变化。

                  因此,何时进行耦合、使用什么工具耦合同样重要。设计周期的早期进行耦合,可以做一个测试并将结果用作下一个测试的边界条件。在设计周期中持续这个流程能得到“虚拟样机”——设计阶段进行模拟和仿真,能够显著节约从概念到成型的时间,节省大量经费。

                  如何避免这些错误?瞬态分析采用高保真的热模型和的求解器。

                  通常情况下,“稳态”分析类似♂于“原始”测试实验室,提供了一些有用数据,但也忽略真实世界中存在的许多元素。

                  瞬态分析则更准确地复现、模拟和预测了真实的场景。更真实的结果也意味着更低的生产成本、快速而更准确的设计以及用户更好的性能体验。


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