电动汽车电机水道阻力CFD分析

1 前言

    本文利用商业CFD分析软件ANSYS FLUENT 对某电动车电机水道的内流场进行CFD模拟分析,通过分析了解其内部的速度分布和压力分布情况,可以初步了解影响电机水道换热性能的主要因素,明确提高电机水道换热性能的方向。并将CFD 分析结果与样件试验结果进行对比分析,验证CFD 分析的可靠性。

2 电机水道阻力CFD 分析

    CFD 分析前处理采用ANSYS ICEM CFD 软件,求解及结果的后处理使用FLUENT 软件。计算模型的三维几何模型由CATIA 软件生成,通过ParaSoild 格式导入ANSYS ICEMCFD 软件。

    2.1 计算模型与网格划分

    由电机三维模型通过CATIA 软件进行布尔运算,提取电机水道流体区域,电机水道几何模型如图1。运用ANSYS ICEM CFD 软件对电机水道进行网格划分,由于模型结构比较复杂,全部采用非结构化的四面体网格;为了保证在各个流通截面上有至少3 个以上的网格,进行网格划分时必须控制较小面积处的网格尺寸;同时为了获得更好的求解收敛性,将入口和出口均进行适当延长,延长的距离大约为8 倍的直径。整个电机水道计算模型的网格数在150 万左右,网格模型如图2。

    图1 电机水道几何模型                  图2 电机水道网格模型

    2.2 物理模型与边界条件设置

    电机水道内流动CFD 分析过程中认为冷却液在电机水道内部的流动是稳态、绝热、不可压缩的粘性湍流流动,采用标准的k-ε湍流模型和标准的壁面方程,电机水道的内壁面认为是水力光滑的,采用非耦和隐式算法,二阶求解精度。为了与试验条件一致,电机水道CFD 分析过程中采用标准大气压下(1bar),T=65℃的纯水作为冷却液,其相关的物性参数如下:ρ=980.45kg/m3;cp=4183J/(kg·K);Viscosity =0.00043kg/(m·s);Ther.cond.=0.6635w/(m·K)。冷却液的体积流量分别为2L/min,4L/min,5L/min,6L/min,7L/min,8L/min,9L/min,10L/min,11L/min,12L/min。对于电机水道的流动模拟分析,采用质量流量入口+outflow 出口的边界条件。

    2.3 CFD 计算结果分析及与试验结果对比

    分别对电机水道各个入口流量进行数值模拟计算,图3 为入口流量为2L/min 时电机水道壁面压力分布情况,图4 为入口流量为2L/min 时电机水道壁面速度分布情况,图5 为入口流量为2L/min 时电机水道内部流体流动轨迹。

    图3 电机水道壁面压力分布

    图4 电机水道壁面速度分布

    图5 电机水道内部流动轨迹

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