【技术简讯】基于THESEUS-FE热管理及整车舒适性仿真、优化及评价方法

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背景介绍·公司简介

上海格麟倍科技发展有限公司是一个汽车腐蚀防护与表面处理,整体解决方案的优秀供应商。公司通过提供专业的仿真软件、咨询服务、定制化的平台开发,帮助用户实现相关工艺降本增效;尤其在白车身表面处理、整车密封性分析,整车舒适性评价方面已获得良好声誉。

Theseus-FE是一款专业热分析软件,可进行热传导、热对流、热辐射在内的多种稳态和瞬态热分析,还可以与多种1D分析软件和CFD软件进行耦合计算,完成复杂的系统热管理仿真,在汽车、运输、航空航天、建筑等领域都有广泛应用。该软件由ARRK集团旗下的P+Z Engineering GmbH公司自主开发,公司拥有众多工程技术开发领域的专家,总部位于德国;格麟倍作为该软件的官方代理商,提供相关技术服务及咨询工作。

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背景介绍·软件模块介绍


基础模块

包含热传导、热对流,通过Theseus-FE软件对发动机机舱及车底部系统热分析,可以及时识别发动机机舱及底部传热的问题。这就大大降低了研发时间和成本,并提高了发动机机舱组件的可靠性。

气候模块

包含热传导、热对流、日晒、通风及湿度通过Theseus-FE软件参数设置中,针对太阳光辐射强度、环境湿度及风速等进行设定,能够分析乘员舱外界环境对于舱内的影响。

高级模块

包含传导、辐射、日晒、通风、湿度、舒适性、假人、耦合模拟高级模块增加了假人、舒适性评价及耦合模块,可直接与STARCCM+,OpenFoam耦合计算,集成热主流的舒适性指数,依据客户需求可选用不同的舒适性指数进行评价。其中FIALA-FE模型是高级模块的重点内容,将人体主被动系统进行结合,在广泛的环境条件下,就可 以得到更符合人体实际舒适性的仿真值。

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全球客户概况

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热管理仿真分析及优化


  • 相关能力概览

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  • 热害性能体系开发

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  • 舒适性体系开发

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THESEUS-FE空调假人仿真


  • 假人概况

HVAC假人以SAE国际标准中第50百分位的西方男性人体模型为基础,通过机械结构设计使其存在更多调整空间,身高为175±3cm,体重约为35kg。

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  • 自由度及角度系统


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  • 舒适度仿真结果

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  • 试验验证

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整车舒适性评价方法

随着社会不断进步,经济持续发展,人们的生活水平的不断提高,汽车消费也日渐普及化,用户对车辆的舒适性也有了更高的要求,当前舒适性开发的瓶颈是由于舒适性指标不能直接进行测量,因此只能采用乘员舱温度、空气流量以及流量分配等间接指标对乘员舱舒适性进行评价。

经过多年的技术积累,依托自研的THESEUS-FE仿真软件,已经成功将热舒适性开发整合到整车开发流程中,可以在车型研发过程中,对人体舒适性进行直接评价。

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  • 乘员舱的传热机理


  1. 太阳辐射(短波)

  2. 热辐射(长波)

  3. 多层热传导

  4. 接触传热

  5. 对流传热

  6. HVAC通风&湿度

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  • 人体与热环境传热机理

热舒适性是人体对其所处的热环境的主观感受,换热过程可以分为两部分,一部分是人体皮肤表面与外界环境的换热,另一部分是人体内部换热。

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被动系统

血液循环

热传导

接触换热

蒸发

呼吸

辐射

对流

主动系统

出汗

颤栗

血管的舒张或收缩

  • 假人模型介绍

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  • 假人活动状态设置

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软件可按需要设置不同的人体活动水平


  • 假人网格模型设置

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THESEUS-FE集成的假人网格模型依据划分的身体区域以及坐姿还是站姿,选择不同的网格模型


  • 假人模型选择

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THESEUS-FE依据需要有欧洲男性、女性、亚洲男性以及Fiala中性假人可供选择


  • 假人衣物选择

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THESEUS-FE软件集成了常用的衣服套装以供用户选择使用


  • 热舒适性评价指标

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  • 可靠性验证


实验工况

  1. 环境温度:35℃

  2. 风速:最大档

  3. AC:最大制冷量

  4. 模式:内循环吹面

  5. 时间:3600s

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  • 试验与仿真结果


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T01Z/T05Z点试验与仿真结果对比


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后排乘客脚部测试点试验与仿真结果对比


结论:该工况下,各个测点试验温度与仿真温度走势是相同的,仿真温度低于试验测点温度,各个时刻最大 差值为 2℃左右,说明仿真模型中材料及边界条件设置合理,THESEUS-FE 软件精度满足工程使用要求 。


  • 玻璃光学属性对车内温度场影响


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左图:SIGLASOL材质示意图

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备注:为验证不同玻璃属性对乘员舱内温度及乘员舒适性影响,降温阶段初始温度统一为50℃

热浸工况条件:

太阳辐射强度850W/m2

空调系统关闭

暴晒3600s

外界风速10kph

降温工况条件:

太阳辐射强度850W/m2

车速50kph

风挡:中档

空调模式:吹面,内循环

环境温度35℃

相对湿度40%

制冷时间3600s

  • 热浸分析结果

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  • 降温分析结果

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结论:当前状态下,驾驶员感觉偏冷,而乘客感觉偏热,我们可以通过优化前后排流量分 配进行舒适性优化


  • 前后排不同流量分配对人体热舒适性影响

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备注:各图为3600s时,人体ISO14505-2分析结果



案例分析一


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案例分析二


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