電動汽車直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器U型流道CFD分析

龔太平

本文闡述了電動汽車直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器CFD仿真分析的模型，結(jié)合SolidWorks Flow Simulation軟件的計算流體力學(xué)仿真技術(shù)，討論了U型流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓力損失的影響，為產(chǎn)品的流道設(shè)計提供了可靠的技術(shù)參考。

隨著電動汽車和混合動力汽車的發(fā)展，部分電動汽車直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器已經(jīng)安裝在整車上了，且極大部分是在前艙。由于整車前艙的環(huán)境惡劣，以及體積和重量的限制，采用風(fēng)冷不能解決散熱問題，催生了液體冷卻技術(shù)的應(yīng)用。電動汽車直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器的液體冷卻回路如圖 1所示。

由圖 1可見，電動汽車上的設(shè)備使用液體冷卻，不需要額外的水箱、泵和冷卻器，產(chǎn)品的成本和體積更小，散熱性能更好，產(chǎn)品更有競爭力。

一、SolidWorks Flow Simulation 3D模型及仿真結(jié)果

電動汽車直流轉(zhuǎn)換器和電池充電器的功率不是特別大，采用液體冷卻時，U型流道就可以有效的解決產(chǎn)品的散熱問題。我們使用 SolidWorks對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 3D建模，并在此基礎(chǔ)上使用 SolidWorks Flow simulation對 U型流道壓力損失進(jìn)行了仿真分析。

U型流道水壓損失幾大因素從圖 2可知：U型流道的折彎半徑（ R）；U型流道的間距（ W）；U型流道的長度（ L）；U型流道的直徑（ Φ）和 U型流的流速。因此，U型流道的優(yōu)化主要從這些因素入手，利用仿真軟件可以方便、快捷、準(zhǔn)確的實現(xiàn) U型流道的優(yōu)化設(shè)計。

1.U型流道的折彎半徑（ R）對流道壓力損失的仿真結(jié)果

經(jīng)過一系列的仿真運算，其結(jié)果如表 1所示。

仿真結(jié)果表明：同樣的條件下，流道中的直角壓力損失比圓角壓力損失要大。當(dāng)流道中的拐角處越多，直角的壓力損失越大。在條件允許的情況下，圓角盡可能地大，液體的壓力損失會減少。

2. U型流道的間距（ W）對流道壓力損失的影響

經(jīng)過一系列的仿真運算，U型流道的間距（ W）對流道壓力損失的仿真結(jié)果如表 2所示。

仿真結(jié)果表明：同樣的條件下，流道的寬度對 U型流道液壓損失的影響可以忽略不記。

3. U型流道的長度（ L）對流道壓力損失的影響

經(jīng)過一系列的仿真運算，U型流道的長度（ L）對流道壓力損失的仿真結(jié)果如表 3所示。

仿真結(jié)果表明：同樣的條件下，流道的長度越長，液體的壓力損失越大。

4. U型流道的直徑（ Φ）對流道壓力損失的影響

經(jīng)過一系列的仿真運算，U型流道的直徑（ Φ）對流道壓力損失的仿真結(jié)果如表 4所示。

仿真結(jié)果表明：同樣的條件下，流道的直徑越大，液體的壓力損失越少。

二、結(jié)語

以上 CFD仿真分析結(jié)果表明：同樣的條件下，流道中的直角壓力損失比圓角壓力損失要大 ；同樣的條件下，流道的長度越長，液體的壓力損失越大 ；同樣的條件下，流道的直徑越小，水的壓力損失越大。

根據(jù)伯努利方程，對于水平流道上的任意一點 ：

P+ 21 ρv2=常量

當(dāng)液體的壓強增大時，液體的流速會減少。在 U型流道中，大量的熱是通過液體帶走的，當(dāng)流速下降時，U型流道的散熱性能會相應(yīng)的下降。在實際的產(chǎn)品應(yīng)用中，要充分考慮各種條件，對產(chǎn)品的熱設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最好的效果。endprint