一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计方法及系统

技术领域

本发明涉及冷却水泵布局优化领域，尤其涉及一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计方法及系统。

背景技术

在氢燃料电池汽车的动力系统中，发热元器件多，发热量大，随之产生无用热量，直接影响着汽车设备性能，甚至会造成设备损坏，氢燃料汽车中的水冷却系统通过冷却水泵将设备热量交换至冷却水中，然后将冷却水中的热量交换到外界，形成稳定的热交换循环。但在氢燃料电池汽车中，各个发热元器件对冷却水流量需求不尽相同，而水泵是通过电机带动叶片旋转从而形成压力流体的动力源，一般会因高速旋转产生震动、噪音、发热等问题，且如果水泵布置与配管不合理，极易造成汽蚀。因此，在管路设计中，水泵的布置位置就变得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种针对氢燃料电池汽车的冷却系统管路中的水泵布置位置，进行CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)仿真的方法，通过仿真软件在冷却管路中布置不同位置、不同数量的水泵，形成不同的设计方案，然后比较各个设计方案下发热元器件的工作状况，最终获得最佳的水泵布置方案。

本发明提供一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计方法，包括以下步骤：

S1、利用专业计算流体动力学的软件，创建所述氢能汽车中的冷却管路的三维模型；

S2、通过软件中的填充命令在步骤S1中构建的三维模型中获取冷却水流域，使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分，并确定热源集中分布的节点；

S3、将水泵布置在所述步骤S2中划分的网格的不同位置上，形成不同的设计方案，对管路中冷却水的流动状态进行建模，对不同设计方案下，增加水泵后对应的流动控制方程进行离散化；

S4、求解步骤S3中离散化后的流动控制方程，得到在不同设计方案下，各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值；

S5、比较不同设计方案下，步骤S4中计算得到的数值大小，确定最佳水泵布置方案。

本发明还提供一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计系统，包括：

模型构建模块，用于利用专业计算流体动力学的软件，创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型；

网格生成模块，用于通过软件中的填充命令在所述三维模型中获取冷却水流域，使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分，并确定热源集中分布的节点；

离散化模型，用于将水泵布置在网格的不同位置上，形成不同的设计方案，并对管路中冷却水的流动状态进行建模，从而对不同设计方案下的冷却管路的流动控制方程进行离散化；

求解模块，用于求解离散化后的流动控制方程，得到在不同设计方案下，各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值；

数值分析模块，用于比较不同设计方案下计算得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值大小，确定最佳水泵布置方案。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过仿真分析确定最佳的水泵布置方案，在氢能汽车的不同工况下均能保证发热元器件的有效散热。

附图说明

图1是本发明实施例提供的氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计方法的流程图；

图2是本发明实施例得到的最佳水泵布置位置分布图；

图3是本发明实施例氢能汽车冷却管路中的水流速度分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计方法，包括以下步骤：

S1、建模：利用专业计算流体动力学的软件，比如CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、comsol等等，创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型，优选地，本实施例采用Fluent，包括前处理、求解器、后处理集成软件包。

所述步骤S1还包括确定所述冷却管路的流动控制方程以及初始边界条件。

S2、生成网格：通过软件中的填充命令在步骤S1中构建的三维模型中获取冷却水流域，使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分，并确定热源集中分布的节点；其中，对所述网格赋予五层膨胀边界层。

S3、离散化：将水泵布置在所述步骤S2中划分的网格的不同位置上，形成不同的设计方案，并使用湍流模型描述管路中冷却水的流动状态，从而对不同设计方案的流动控制方程进行离散化。

S4、求解：求解步骤S3中离散化后的流动控制方程，若所述方程为线性方程，直接求解方程的代数解，若所述方程为非线性方程，则利用SIMPLEC算法求解离散化后的流动控制方程，得到在不同设计方案下，各个节点处的冷却水流量、进出口温度等数值。

S5、数值分析：比较不同设计方案下，步骤S4中计算得到的数值大小，确定最佳水泵布置方案，如图2所示，本实施例最终得到的最佳水泵布置位置。请参考图3，根据最佳水泵布置方案进行布置，得到氢能汽车冷却管路中的水流速度分布，图3中灰度大小对应相应的水流速度。

本发明还提供一种氢能汽车冷却水泵布置方案的优化设计系统，包括模型构建模块、网格生成模块、离散化模型、求解模块以及数值分析模块。

所述模型构建模块用于利用专业计算流体动力学的软件，创建氢能汽车中的冷却管路的三维模型，还用于确定所述冷却管路的流动控制方程以及初始边界条件。

所述网格生成模块用于通过软件中的填充命令在所述三维模型中获取冷却水流域，使用网格划分工具对所述冷却水流域进行网格划分，并确定热源集中分布的节点；其中，对所述网格赋予五层膨胀边界层。

所述离散化模型用于将水泵布置在网格的不同位置上，形成不同的设计方案，并利用湍流模型对管路中冷却水的流动状态进行建模，从而对不同设计方案下的冷却管路的流动控制方程进行离散化。

所述求解模块用于求解离散化后的流动控制方程，得到在不同设计方案下，各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值；其中，若离散化后的流动控制方程为线性方程，直接求解方程的代数解，若离散化后的流动控制方程为非线性方程，则利用SIMPLEC算法进行求解。

所述数值分析模块用于比较不同设计方案下计算得到各个节点处的冷却水流量、进出口温度的数值大小，确定最佳水泵布置方案。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。