Thermal Management Simulation Thermomanagement mit

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1 Thermomanagement mit Dr. Fabiano Bet, Dr. Gerald Seider, InDesA GmbH InDesA VTM GmbH Berlin,

2 Kfz Thermomanagement Wärmequellen: Motor Abgasanlage Generator Wärmeabfuhr: Wärmetauscher Konvektion Strahlung

3 Thermische Absicherung Konzept Prototypen/Erprobung Thermische Absicherung Serienstart Entwicklungsprozess Thermische Absicherung erfolgt spät im Entwicklungsprozess. Sicherheitsapplikationen des Motors, die während der frühen Entwicklungsphasen den sicheren Betrieb von Prototypen garantieren, müssen erst abgeschaltet werden z.b. höheren Abgastemperaturen und thermischen Lasten der Serienauslegung. Für das Thermomanagement des Motorraums gilt insbesondere, dass alle Luftführungen, Dichtungen und Wärmeschutzmaßnahmen ihren endgültigen Platz gefunden haben.

4 State of the Art Thermoanalyse Bauteilkühlung Verzug Spannung Lebensdauer Wärmemanagement

5 State of the Art Kühlmittelkreislauf Velocity Magnitude Kühlmittelkreislauf: Wasserpumpe und Thermostat Wärmetauscher (HT + NT) Öl-Wasser-Wärmetauscher Heizung-WT Ausgleichbehälter Motorwassermantel Simulation Entkoppelt von Thermoanalyse Konstanter Temperatur. Bewertung Volumenstromverteilung Druckverluste in Schläuche und Komponenten Validierung/Bedatung 1D-Modelle.

6 State of the Art Ölversorgung Simulation Entkoppelt von Thermoanalyse. Temperaturabhängige Stoffgröße. Volumenstromverteilung (Thermostat-Bypass) Druckverluste der Schläuche und Komponenten Validierung/Bedatung 1D-Modelle. Ölversorgung (Druckseite): Ölthermostat und Filter Ölgalerie KGH (evtl. + ZK) Wärmetauscher (Öl-Luft)

7 State of the Art Motorraumdurchströmung Simulation Entkoppelt von Thermoanalyse und Medienkreisläufe. Temperaturabhängige Stoffgröße. Massenströme durch Öffnungen (Kühlmodul) Validierung/Bedatung 1D-Modelle.

8 Thermisch gekoppelte Simulation Ölversorgung (Druckseite) Fahrzeug (UH) Kühlmittelkreislauf Gesamtmodell Abgasanlage Motorstruktur (CHT)

9 Details tiefe: Kühlmittelkreislauf Lüfter und Zarge Ölversorgung Kurbel- und Ventiltrieb KGH-Inlay Motorblock, ZK und Getriebe Ventildeckel und Periferie Thermal Management Simulation Thermisch gekoppelte Simulation

10 Thermisch gekoppelte Simulation Totaldruck und Geschwindigkeit Simulation Gekoppelt mit Thermoanalyse und Medienkreisläufe. Temperaturabhängige Stoffgröße. Massenströme durch Öffnungen (Kühlmodul) Wechselwirkung aller beteiligte Komponenten Totaldruck

11 Thermisch gekoppelte Simulation Temperatur Unterboden Simultane Simulation zur: Aerodynamik Kühlung und Temperaturverteilung Strahlung Totaldruck Geschwindigkeit

12 Thermisch gekoppelte Simulation Schnitt durch Thermostat Thermoanalyse Gekoppelte Thermoanalyse: Wärmeströme aus z.b. 1D Simulation Brennraum (GT-Power) Wärmetransportvorgänge durch Motorstruktur (Leitung) Wärmetransport über Kühlmittel (zum Kühler) Wärmeabfuhr durch Kühler (Dual-Stream) Wärmetransport durch Öl zum Ölwärmetauscher

13 Thermisch gekoppelte Simulation Strömung- und Thermoanalyse AGA Gekoppelte Strömung- und Thermoanalyse AGA: Abgasmassenström und Temperatur aus z.b. 1D Simulation (GT-Power) Wärmetransportvorgänge durch Wände und Isolierung des Abgassystems (Leitung) Temperaturverteilung und Wärmeabgabe über Strahlung Zusätzliche Wärmequellen in Katalysatoren Strömungsdetail im End-Topf Strömungsdetail in Krümmer

14 Thermisch gekoppelte Simulation Schnitt Schnitt Schnitt Temperaturverteilung in Schnittebene

15 Termisch gekoppelte Simulation 3D Methodik gekoppelte, thermische Simulation des Gesamtfahrzeugs Durchströmung: Motorraum Kühlmittelkreislauf Ölkreislauf (teilw.) Thermoanalyse: Motorraum Grundmotor Abgasanlage Starter/Generator 3D 3D Star CCM+ 1D Backbone (GT-SUITE) mit: Konvektion Wärmeleitung Strahlung Speicherung Ziel: Simulation des thermischen Verhaltens eines heiß abgestellten Fahrzeugs (thermal soak) Herausforderung: 1. Handhabung von CFD/CHT Mega-Modellen 2. Abstimmung von Simulationsmodellen und Randbedingungen

16 Thermal Soak Temperaturverteilung in Schnittebene T=0 s T= 572 s Iso-Fläche Temperatur

17 Thermal Soak T=0 s T= 572 s

18 Thermisch gekoppelte Simulation GoC s: Grundmotor Fahrzeugkühlung (Kühlmittel, Öl) Abgasanalgen therm. Absicherung Gesamtfahrzeug Thermoanalyse: Grundmotor Durchströmung: Kühlmittelkreislauf Thermoanalyse: Motorraum Thermoanalyse: Abgasanlage Thermoanalyse: Gesamtfahrzeug Abstimmung von Simulationsmodellen und Randbedingungen

19 Thermisch gekoppelte Simulation gekoppelte, thermische Simulation des Gesamtfahrzeugs mit: Konvektion Wärmeleitung Strahlung Speicherung Ziel: Simulation des thermischen Verhaltens eines heiß abgestellten Fahrzeugs (thermal soak) 1. Die Handhabung von CFD/CHT Mega-Modellen mit Star CCM+ ist möglich! 2. Abstimmung von Randbedingungen kann durch GT-POWER und GT-COOL unterstützt werden. 3. Die Simulationsmodelle müssen im Produktentwicklungsprozess synchronisiert werden.

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