J2-05 · 仿真分析 CAE / 三维流动与传热 CFD
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能建立熄火/停充后的瞬态热浸模型（自然对流 + 辐射 + 固体热容）
- 能预测热浸温度峰值出现的时刻与量级
- 能评估敏感件（线束/传感器/塑料/密封件）是否超温限
- 能量化隔热罩、气隙、低发射率屏蔽的降温效果
- 能把热浸结论接回布置与热害规避
内容大纲
- 热浸物理与停机工况
- 熄火/停充：强制风消失，转自然对流 + 辐射主导
- 热源余热闷烧：排气/电机/电控/电池
- 峰值滞后：固体热容释放使温度停机后才见顶
- EV 特有：快充后电池/电控热浸、增程器熄火
- after-run（泵后运行 / run-on）的停机时序与转速衰减是热浸的起点条件，不是「熄火即零」（承接 F1-03、K3-01）
- 自然对流与辐射建模
- 浮升力驱动（Boussinesq）自然对流
- 面对面辐射（S2S）：发射率、视角因子
- 三种传热模式并存时谁主导（高温件辐射为主）
- 与 CHT 的关系（承接 J2-04）
- 长瞬态设置：热容、热物性与初始条件
- 长瞬态（半小时量级）与固体热容
- 材料密度/比热/导热率的输入质量
- 时间步与瞬态加速的权衡
- 初始条件：来自行驶末态的映射
- 热害评估与温度限值
- 敏感件温度限（塑料/橡胶/电子/传感器）
- 峰值温度 vs 持续温度，留多少裕度
- 冷媒/冷却液管、快接件、线束的热风险
- 舱内热浸（暴晒）对拉温与材料的影响：策略侧交接 C6-05，三维初始温度场交接 J4-01，一维蓄热核算交接 J1-08
- 隔热整改与仿真—试验对标
- 隔热罩（单/多层、气隙、铝箔低发射率）
- 导流/隔断把热源与敏感件分开
- 与整车热害/热平衡试验对标
- 温度传感器布点与仿真—试验相关性
- after-run 时长/转速标定：与隔热罩并列的主动整改路径（触发判据、退出条件与 12V 电耗约束见 F1-03、K3-01）
- 热失控喷出物的输运、滞留与舱内再侵入（长瞬态框架的外延）
- 同一套长瞬态框架换喷发源边界条件，可评估热失控喷出物在车底/车侧的输运与滞留；与常规热浸四点不同：有强迫射流源项（不再纯浮升力主导）、多组分含颗粒相、持续时间秒~十秒级而非半小时级、关心量是浓度与到达时间而非温度峰值
- 喷出物向乘员舱的再侵入评估：判据是浓度与到达时间而非温度限值；设计侧（隔热、泄压、排烟路径）结论引 D5-02，本课不重讲
关键公式
Ra = Gr·Pr = g·β·ΔT·L³/(ν·α)
瑞利数；判自然对流强弱与流型，无强制风时的主控参数
Nu = C·Ra^n
自然对流换热关联；在无强制风工况给出对流换热系数
q″ = ε·σ·(T₁⁴ − T₂⁴)
辐射热流；高温热源热浸的主导传热项
ρ = ρ₀·(1 − β·ΔT)
Boussinesq 近似；温差经浮力驱动自然对流
τ ≈ m·c_p·R_th
部件热时间常数；决定热浸峰值的滞后时长
q_shield ≈ q_0/(N + 1)
N 层等发射率辐射屏蔽对净辐射的削减量级
关键概念
热浸 soak峰值滞后自然对流BoussinesqS2S 辐射发射率视角因子瑞利数热时间常数隔热罩低发射率屏蔽热害after-run（泵后运行 / run-on）
推荐工具与标准
Simcenter STAR-CCM+ ANSYS Fluent TAITherm/RadTherm（热浸与辐射专用） 材料热物性库
各主机厂零部件热害温度限值规范 SAE 热管理/热害相关技术文件（体系） ASME V&V 20（验证与确认）
工程案例
某纯电 SUV 快充结束停车：电池与电控经历大热负荷后风扇停转，机舱进入热浸，邻近的高压线束与快接件温度在停机后二三十分钟才见顶。CFD 瞬态热浸复现出峰值时刻，加一层带气隙的低发射率隔热罩、把热源与线束隔开，峰值温度回到限值以下。
动手做
交付物 · 对一个机舱热害场景：① 用行驶末态做初始条件、建自然对流 + S2S 辐射的瞬态热浸模型；② 算出敏感件温度峰值与出现时刻，对照温度限值判是否超温；③ 加一版隔热罩/气隙，给出峰值降幅与是否达标。
常见误区
- 只算行驶稳态、不算熄火热浸，漏掉真正的温度峰值
- 熄火后还保留强制对流风（该关的风扇没关），热害算低；但反过来把泵/风扇在 t=0 一律置零同样错——实车多有 after-run（run-on）标定，边界条件应取实际停机时序与转速衰减曲线，一刀切关早了会高估峰值、反向误导整改方向
- 高温件不开辐射（S2S），热浸温度严重偏低
- 材料热容/导热率随手给，峰值时刻与量级都不对
- 初始条件不用行驶末态，热浸从错误起点算起
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