探虛取實，讓工程機械擁有生命的靈動 | PowerFLOW如何加速工程機械行業產品研發？

發布時間：

2021-09-27

為了優化機械產品的設計，可以在設計早期采用達索系統中的PowerFLOW熱分析和氣動噪聲仿真，與優化結構進行反復迭代，在設計早期自由度最高的時候發現和解決不同工況下熱和風扇噪聲問題，確保符合發動機認證需求和嚴格的噪聲標準，減少測試成本。后期的樣機測試只作為一種性能確認的手段。這種開發流程能夠實現最優化的設計，同時花費最少的時間和成本。

挑戰

工程機械作業時，會面臨不同工況下的性能挑戰，如持續高溫環境、特定的發動機負載、長時間持續作業，若發動機冷卻系統散熱不佳會導致發動機溫度過高甚至“開鍋”，影響發動機的正常工作和壽命。因此需要在工程機械研發階段，評估各種工況下的發動機冷卻性能、所需風扇功率，保證足夠多的冷卻風量，同時盡可能的降低風扇噪聲，減少對操作人員和附近居民的影響。而噪聲評估，對于在無回聲室內進行完整的物理原型測試極具挑戰性，周期和成本巨大。

解決方案

為了優化機械產品的設計，可以在設計早期采用達索系統中的PowerFLOW熱分析和氣動噪聲仿真，與優化結構進行反復迭代，在設計早期自由度最高的時候發現和解決不同工況下熱和風扇噪聲問題，確保符合發動機認證需求和嚴格的噪聲標準，減少測試成本。后期的樣機測試只作為一種性能確認的手段。這種開發流程能夠實現最優化的設計，同時花費最少的時間和成本。

PowerFLOW

PowerFLOW是基于格子玻爾茲曼(LBM)算法的高精度瞬態流體力學分析的仿真軟件，在過去的近30年PowerFLOW為汽車行業提供了高效、完整的熱管理、空氣動力學和氣動聲學解決方案，多領域的對標驗證和模版化的最佳實踐極大提升了用戶的研發效率。

PowerFLOW/工程機械行業熱管理解決方案

PowerFLOW熱分析包含冷卻空氣模擬、發動機冷卻模擬和熱保護仿真。

在工程機械領域，PowerFLOW提供發動機冷卻解決方案，自動化工作流程和高保真度求解器的精確解，加速不同工況下流場及溫度場的分析效率，對設計進行迭代以滿足發動機認證需求。如視頻1所示，是通過挖掘機的冷卻器的冷卻氣流仿真以及風扇周圍的渦流核心等值面(由速度著色的lambda-2)。

熱分析的目的是保證發動機在任何工況下運行，在不同的場景下滿足特定的性能標準，如高溫環境以及特定的發動機負載，達到風扇的性能要求，避免風扇功率過設計，從而評估來自新的子系統設計的影響。在樣機測試之前完成發動機艙布置集成，確定回流區域，以便進一步改進，減少測試失敗的風險。如圖3所示的引擎蓋下部區域的流場可視化分析，用于確定產生回流的區域，指導布局設計優化。

01 PowerFLOW氣動噪聲解決方案

為了確保最終產品的噪聲水平保持在最小/滿足預定義的目標或噪聲法規，用戶需要：

• 在產品開發的任何階段評估聲學性能

• 了解噪聲產品的確切位置和重要性

• 確定導致噪聲問題的設計特征

• 對設計進行迭代以滿足噪聲目標

PowerFLOW聲學產品模塊PowerACOUSTICS為用戶提供高精度的氣動噪聲解決方案，包含噪聲水平計算，噪聲傳輸評估，噪聲源貢獻度識別以及遠場噪聲傳輸分析。

02 PowerFLOW風扇噪聲

PowerFLOW聲學分析模塊支持各種聲學和瞬態流動分析，利用LBM的高并行效率、低數值耗散優勢在仿真中準確捕獲湍流和噪聲，預測產生噪聲的流動結構和噪聲水平。

03 PowerFLOW整機系統噪聲

遠場噪聲傳播：機械作業時風扇周圍瞬態流動而產生的氣動噪聲會向遠場以及不同方向傳播，噪聲遠場傳輸模塊使用FW-H方法計算遠場噪聲傳播。

對于聲學，吸聲材料對于實現噪聲目標和優化聲音包裝設計非常有用。用戶可以創建、修改、導入和導出吸音材料庫。根據材料的吸聲測試數據自動計算聲學多孔介質 (APM) 參數。因此，可以準確地包含由于車輛和工業設備中的特定吸音材料而產生的阻尼效應。

04 PowerFLOW消聲器

借助聲學軟件PowerACOUSTICS的Flow-Induced Noise Detection (FIND)模塊，可以生成與渦旋動力學相關的噪聲源的清晰3D映射，顯示不同區域的噪聲源強度貢獻，實現噪聲源分析與識別，幫助優化設計噪聲產生強度較大的特征結構。視頻3及圖7為消聲器的氣動噪聲仿真，FIND功能識別出噪聲產生較大的區域，對結構進行優化后，噪聲顯著降低。