直到几年前，我才对柴油机有过些思考。在美国，虽然我知道柴油被用于长途卡车等交通工具，但很少有乘用车使用柴油发动机。但大多数情况下，我只是庆幸自己去加油时不必购买价格昂贵的柴油。

直到我开始在Convergent Science公司工作，我才真正考虑到世界上有很多领域是由柴油发动机驱动的。在其他国家，柴油汽车不仅更常见，而且柴油发动机还能促进贸易、货物配送，并为船舶、卡车和建筑设备提供动力，从而建设新的建筑和基础设施。柴油发动机一直并且将继续在塑造社会方面发挥重要作用。

然而，在Convergent Science工作期间，我也开始更多地思考排放问题。当然，我知道减少车辆排放是非常重要的。但是，我想，这不是电动汽车的作用吗?现在，电动汽车在某些领域的发展和替代传统燃油车是非常有意义的，但在重型汽车领域则未必如此。移动重型车辆需要大量的电能，而今天的电池技术并不能提供很好的解决方案。那么，我们能做些什么来减少重型汽车的排放，同时确保它们仍能发挥其重要功能呢?

在Convergent Science总部的另一边，新南威尔士大学(UNSW)的研究员Annabelle Evans正在考虑这个问题。在她的荣誉论文项目中，她与Evatt Hawkes教授和他的研究小组合作，研究一种替代决方案: 氢气。下面由Annabelle来介绍一下她的研究!

氢是一种很有前途的发动机替代燃料。它具有可再生的潜力，而且它唯一的排放物是水(至少理论上是这样)。此外，与电池相比，氢具有良好的能量密度，使其成为重型运输应用领域一个很有吸引力的选项。

然而，如果你只是把氢气放入一个传统的压燃式发动机，你会遇到麻烦。氢比柴油具有更高的自燃温度，因此单靠压缩很难实现点火。我的研究小组正在研究一种使用少量柴油的发动机，这种发动机通过压缩实现点燃。少量的柴油就像一根火柴，用来点燃氢气。

氢-柴油双燃料发动机比传统柴油发动机更清洁、更高效，但在设计时必须仔细考虑。氢具有比柴油更高的绝热火焰温度，这可能导致更高的NOx排放。另外更高的温度会导致更大的热损失，降低发动机的效率。

为了设计一款优秀的的氢-柴油双燃料发动机，你需要了解驱动NOx排放和热损失的机制。我开始使用CFD模拟技术来研究这些现象。与实验相比，模拟成本更低，运行起来也更容易，而且可以提供比从实验获得的更多数据。通过我的CONVERGE模拟，我可以跟踪发动机内部任意位置的温度、压力和混合气成分。

我使用了CONVERGE的详细化学求解器和高精度排放模型来模拟不同比率的氢和柴油[1]的双燃料发动机。我将氢含量从0%逐步调整到90%，并评估了每种条件下的NOx排放和热损失。在我的模拟中，我假设氢与缸内的空气均匀混合，柴油在压缩冲程的顶部被喷射。

我发现氮氧化物的排放量随氢含量的变化而变化，如图1所示。最初NOx随着氢燃料比率增加而增加，当氢的比率增加到50%以上后，NOx的排放量开始下降。

我们认为，NOx排放首先上升的原因是氢气火焰温度高，燃烧温度升高，导致NOx生成更多。然而，当氢的添加达到一定水平时，你会看到燃料和空气在燃烧前更加均匀地混合，从而减少了氮氧化物的排放。

我们的研究小组也在进行氢-柴油双燃料氢发动机的实验，但他们还没有测试50%以上的氢燃料比率。然而，这些模拟结果提供了一个良好的预期，未来的实验可能表明，随着氢气比率的增加，NOx的排放有望大幅减少。

在热损失方面，我发现有三个主要的影响因素：燃烧相位、靠近气缸壁的当量比、湍动能。传热主要集中在活塞边缘的特定区域，如图2所示。大部分注入的柴油最终会进入这些区域，从而导致高温。此外，活塞边缘上方狭窄的“挤压区”会产生湍流，促进传热。

谢谢你, Annabelle!了解NOx排放和热损失背后的原因对于设计高效、低排放的氢气发动机至关重要。Annabelle的数据提供了氢与柴油的最佳比例，以及减少热损失和氮氧化物排放的必要信息。氢为绿色重型汽车提供了一条可行的道路，Annabelle的研究让我们离更清洁的未来交通更近了一步。

参考文献

[1] Evans, A., Wang, Y., Wehrfritz, A., Srna, A., Hawkes, E., Liu, X., Kook, S., and Chan, Q.N., “Mechanisms of NOx Production and Heat Loss in a Dual-Fuel Hydrogen Compression Ignition Engine,” SAE Technical Paper 2021-01-0527, 2021. DOI: 10.4271/2021-01-0527

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概述

GT - TAITherm是一种求解三维传导、对流和辐射的建模工具。GT-SUITE提供ThermoAnalytics TAITherm联合仿真的功能，其中TAITherm是直接封装在GT-SUITE内部的特殊版本。GT-TAITherm可以独立使用，也可以实现GT - SUITE实时三维乘员舱舒适性仿真。使用GT-SUITE和TAITherm进行车辆的乘员舱热舒适性仿真，以下内容展示了仿真结果与测试结果的一致性。

模型介绍

为了评估车辆的热舒适性并模拟乘员舱温度的响应，Gamma Technologies 和 ThermoAnalytics 在Volvo S60乘员舱的基础上，设置边界条件并计算获得相应位置的温度变化，如图1所示。输入数据包括外部边界条件以及内部气流和温度测量值。

 图1

通常用车速随时间变化的曲线作为乘员舱热舒适性分析的一个边界，如图2所示。

图2

GT – TAITherm仿真映射

GT-SUITE可以将乘员舱处理成一个有限元网格，并同时处理A / C环路等流动回路和交互系统以及复杂发动机模型。如图3，是GT -SUITE模型，该模型仿真集成了一维和三维分析。

图3

用TAITherm计算固体之间的换热，以及太阳辐射和透明玻璃在内的环境边界载荷。在TAITherm中，用一个固定的太阳灯来等效太阳辐射，其中TAITherm还能够模拟更复杂的移动太阳问题。通过TAITherm来模拟固体表面之间的导热和辐射换热以及太阳光照强度，GT – SUITE完成流动回路中的流体数据仿真，然后两者进行流体表面的数据交换来完成映射。其中对流换热系数在TAITherm中的映射情况如图4所示。

图 4

在S60车型中，乘客侧有一个额外的通风口，这种通风口的不对称布置导致的对流分布的影响，在映射过程得到了很好的表征。如图5所示，展示了立方体离散化内部体积和相关的TAITherm表面网格。可以将TAITherm求解的壁面温度人体的汗液蒸发映射到GT-SUITE进行计算。

图5

如图6所示，以S60乘员舱为案例，展示了乘员舱内进出风流向。其中乘员舱内的空气对流换热系数、空气温度以及湿度由GT-SUITE计算。

图 6

在后处理中创建一个截面，可以得到该截面乘员舱内部的温度分布如图7所示。

图 7

仿真结果

如图8所示，展示了乘员舱相应位置表面温度的试验数据和仿真数据对比，其中包括前排座椅、车门以及挡风玻璃的瞬态温度结果。

图8

小结

以上结果共同表现出仿真结果与试验数据的一致性、准确性，用户可快速计算瞬态计算结果并评估乘员舱舒适性。

1      摘要

电磁兼容（EMC），是指设备或系统在电磁环境中性能不降级的状态。电磁兼容一方面要求系统内没有严重的干扰源（EMI），另一方面要求设备或系统自身有较好的抗电磁干扰性（RS）。PCB作为电子系统的核心载体，我们除了关注它的对外辐射，也要考虑其中弱小关键信号的抗电磁干扰能力。

本案例讲解了如何利用Ansys SIwave进行PCB信号抗辐射敏感度RS仿真分析思路和流程。

2      仿真思路

PCB信号抗辐射敏感度RS仿真分析的第一步是对PCB进行精细化建模，Ansys电磁仿真平台支持业界主流EDA设计文件的一键导入，网表信息、层叠信息、布局布线都与EDA原始设计保持一致，无需重复设置，方便快捷。

有了信号传输通道的电磁场模型，通过理论分析，找到关键敏感弱信号，对这些网络设置仿真端口，我们就可以开展关键敏感弱信号的RS仿真分析工作了。结果会以频谱图直观形式展现，从结果图中我们可以直接找到该网络布局布线通道易受干扰的频点。我们可通过优化PCB布局布线改善信号抗辐射能力， Ansys电磁仿真平台将通过直观的仿真结果对比，让我们找到优化方案，降低和规避RS风险，增强设计的鲁棒性。

3      详细仿真流程与结果

3.1     软件与环境

Ansys SIwave 2021R2版本。

3.2     仿真流程

3.2.1 Import PCB设计文件

首先，我们将第三方EDA设计工具中的PCB设计文件导出ODB++格式文件（主流EDA设计厂家如Cadence/Mentor/Altium通用），打开SIwave，在欢迎界面上点击导入ODB++设计文件，导入后会自动弹出网络筛选对话框，通常需要勾选所有网络进行导入操作，点击Import configuration，这时候PCB设计文件已导入。此时可以点击Save按钮将该设计保存成SIwave仿真文件。

图1 SIwave文件导入向导

3.2.2 PCB参数设置检查

    在选择导入PCB之后，工作流向导将弹出如下向导框。我们可以检查PCB层叠、Pdastacks、电路参数和电源/地属性网络。如果电路网表中对GND和电源网络的命名都是很规范的话，点击Auto Identify可以自动识别为电源/地网络；否则需要自己手动添加命名不规则的电源地网络。

图2 SIwave中的PCB参数检查向导

3.2.3 设置仿真端口

（1）在Nets框中选择我们关注的易受干扰的敏感网络，选中后该网络会在工作区高亮显示。

图3 电磁敏感网络

（2）在Tools菜单中点击Generate Port on Selected Nets，在对话框中输入50欧姆，及参考网络为GND。点击Generate生成ports。

图4 SIwave中的网络端口设置

（3）在Simulation菜单中选择Validation Check进行检查，运行后会出现检查结果清单图4 SIwave中的网络端口设置

图5 仿真前SIwave设置检查

3.2.4 抗辐射敏感度RS仿真

在Simulation菜单点击Compute Induced Voltage进行电磁敏感度仿真，计算平面波入射某一特定角度并具有特定极化时在板上产生的感应电压。

利用平面波激励可以计算电路板端口感应电压。感应电压将在端口测量。入射波可以是单入射的，可以用球面或笛卡尔系统来描述；入射波也可以是多重的，其中只有在具有特定步长的起止角的球面系统中描述。

图6 RS仿真设置

3.2.5 PCB抗辐射敏感度RS仿真结果查看

仿真完成后，在Results区右键点击仿真名，选择Plot Induced Voltage at Ports，在弹出的菜单中可选择输出幅度或相位结果图，点击Create Plot按钮会自动启动AEDT输出结果图。

图7 SIwave中RS仿真结果查看

图8 感应电压幅度随频率变化的仿真结果图

4      结论

根据仿真得到的感应电压幅度及相位结果图，我们可分析易受干扰的频点及干扰程度。结合电路原理需求，可对该PCB设计进行优化，从而在PCB投板前即可对敏感电路网络进行RS评估和优化，大大减小后期测试风险和代价。

燃料电池汽车缓冲电池的三维热模拟

来源：GT年会，2020年10月15日

作者：Salim AOUALI

公司：e-Mersiv，www.e-mersiv.com

1.     电池冷却的技术简介

电池冷却技术分类如下图所示，通常会根据以下几点来选择合适的技术方案：1）价格；2）重量；3）制冷循环；4）系统性能指标；5）生产过程。本文专注浸入式的电池冷却方案仿真分析。

对于浸入式的电池冷却，冷却液有两种：油和制冷剂。下面列出了一些正确选择液体的标准：

浸入式冷却技术常用于电动车、混动车、燃料电池车三类市场，e-Mersiv列举了三种不同的电池产品：

2.     储能电池（LTO）冷却仿真

本次案例设计的冷却系统针对的是储能电池，该电池为钛酸锂电池（LTO）。运行的汽车为工业用燃料电池汽车，其应用工况的特点为：7*24h运转；装备一个小型燃料电池，功率峰值为燃料电池功率的10倍，峰值电流10C，6C rms，如下图所示。这个运行场景对燃料电池-储能电池系统的寿命周期和热性能都有严格的要求。

储能电池的具体参数为：

设计了4种储能电池的冷却方案，如下图所示，分别为：

#0方案：无冷却

#1方案：底部水冷板

#2方案：2x侧边水冷板

#3方案：全浸没冷却

单电芯的结构切面图，建模时需要考虑的部件传热参数，如下图所示。

通过GT-GEM3D，对电芯和冷却水板进行建模，所有的换热部件均为几何模型直接导入GEM3D种，然后离散为ThermalMass，热路的逻辑如下图所示。

冷却系统的换热部件，最终在GT-GEM3D的自动建模结果如下所示。为了简化计算，本项目只用了一个电芯模型来进行分析。同时简化了电芯的对外换热过程，仅使用了一个固定的换热系数。此外，没有考虑busbar的连接。

上述过程通过GME3D自动建立电芯的热回路，而电芯本体性能模型则是在GT-suite-mp中建立，由于本项目的关注点在于冷却方案的分析，因此电芯采用等效电路模型，而没有使用电化学模型。下图中，左侧为在GT-suite-mp中建立的电芯电路模型，用于计算给定电流工况下的电芯发热量（计算得到的发热量如中间曲线图所示），将热量传递给电芯热模型计算热分布和各个部件的温度，然后再将温度传回给电路模型，影响电池的工作性能。

通过GT-GEM3D可以建立三维模型，分析温度场分布。GEM3D中的网格要比CFD大得多，对于结构件的换热，完全能够满足计算精度需求，对于流动换热，由于GT也是在求解NS方程，因此精度上不会与CFD结果有很大误差（这点可以在我们以前的推文中找到对比验证的结果），因此综合下来，使用GEM3D这种三维仿真的方式，能够在保证温度精度的情况下，更快的获得计算结果，适用于电芯的稳态分析，尤其是适合进行瞬态分析。

下图为GT计算的三维结果。

将电芯本体（即Jellyroll，已网格化）的最大运行温度、最低运行温度、平均运行温度化成曲线图，如下图所示。经验表明，LTO电池的工作温度在35℃以下时，能够有最长的运行寿命。据此，以35℃为限，可以看到，#1的底部水冷板换热效果最差，#2的侧边水冷板性能有所提升，但是并不能保证电芯一直工作在35℃以下，仅有#3 浸没式冷却方案可以达到要求。

3.     结论

1）模型计算结果：

• 通过GT-GEM3D的三维建模能力，可以分析出浸没式冷却方案的性能，预测冷却效果
• 测试时使用了水和乙醇两种冷却介质，后续可以尝试其他冷却介质
• 模型简化了热向周边环境的传播，会导致计算结果和测试有偏差，会在后期改进

2）GEM3D模型的性能

• 使用“normal computer”即可完成三维计算，得到温度分布云图
• 可以计算瞬态工况，而且能够在很短时间内完成分析
•  可用于参数敏感性分析，可用于分析冷却方案中的设计参数对性能的影响
• 在进行破坏性试验之前，可以用该模型分析热失控行为

modeFRONTIER及VOLTA2022R1版本发布

ESTECO公司最新发布了modeFRONTIER和VOLTA的 2022R1版本。在最新的版本里，modeFRONTIER中的聚类工具进行了重新设计，以方便和快捷地进行设计分类工作。VOLTA通过一项新功能将实时编辑添加到其业务流程管理功能中，使每个同时参与项目的人都能够实时创建和编辑业务流程。

l  数据分析：聚类功能设计改善

现在您可以在一个更直观的界面中执行聚类分析，该界面结合了分层和分区聚类工具。同时现在您可以同时训练多个聚类模型，每个模型使用不同的算法、变量和缩放策略的组合。

l  设计优化：modeFRONTIER Planner中新的探索算法模块

使用Planner环境中新提供的探索算法模块可以最大限度地减少探索设计空间所需的仿真次数，并最大限度地提高您对模型的了解。这个新模块将自适应DOE 算法（MACK、Lipschitz 采样和自适应空间填充器）组合在一起，适用于进行对于设计空间的迭代采样。

l  仿真结果分析：在VOLTA的Advisor仪表板中可视化3D模型

探索3D模型以了解模型的每一个小细节并分享您的见解以做出协作决策。 放大模型以专注于特定区域，缩小以查看大图，平移和旋转模型以改变视角。

l  业务流程管理：在VOLTA Modeler中进行实时协作

使用我们的BPMN 2.0工具VOLTA Modeler与他人实时创建和编辑业务流程，并通过团队合作提高参与度和知识共享。在复杂的活动流程上实时协作，如准备CAD设计、创建CFD模型、构建多学科设计优化工作流、运行仿真，以及提高生产率。

Ansys 2020 R2已于7月15日正式发布，各产品线模块安装包已列入Ansys用户门户网站的下载专区，供广大客户下载安装。IDAJ正式用户请联系我们获取安装包。作为流体仿真的旗舰产品Ansys Fluent也迎来了2020年的第二个版本，该版本继续从功能和易用性两方面持续提升，以下为您做亮点汇总供您先睹为快，获取详细信息请参见文末说明：

1.用户界面体验及易用性升级：

●更多的后处理色彩模式以及用户自定义，更具生动的显示效果；

●众多功能模块用户界面重新优化设计(网格流程、多相流、电池、欧拉液膜等)，更简单、更直观；

●更加丰富的表达式（Expression）功能，用于设置边界条件、计算域条件等

●支持动态数值解统计功能

●鼠标操作支持更多自定义方式

2.网格功能及易用性增强：

●网格流程进一步优化，具备更清晰的流程引导，搜索和通配符查找功能增强；

●WTM流程

- 新增基于特征线的加密控制、可读取SpaceClaim中设定的特征线；

-支持对多域设置各自单独尺寸；

-新增更多的输入格式；

●FTM流程

 ●可对于重叠网格设置自适应策略

3.求解功能提升：

●多相流及DPM：新增过渡流仿真模型、新增亚格子尺度微流动仿真模型、增加新的VOF精确度控制算法、新的破碎模型用于DPM，DEM充分兼容动网格等；

●应用场景更广泛：新增非平衡态湿蒸汽模型，拓宽燃气轮机仿真功能；新增阻抗曲线拟合功能，增强噪声仿真功能；油冷电机仿真收敛性提升；

●电池模型：新增电路网络(Circuit Network)模型，支持FMU-CHT集成仿真，新增电池寿命和容量衰减模型等；

●伴随求解器及设计工具功能提升：伴随求解器可考虑湍流影响，设计工具支持对比查看原始形状和变形设计，梯度优化器功能提升等；

●其他：

●STL输出功能增强；

●支持读入GRANTA物性数据（需Granta MDS license）；

●HPC功能进一步提升；

操作系统需求:

●Windows：x64 (64-bit)

●Linux x64（Processer：EM64T/Opteron 64）

您可通过以下方式获得【Ansys2020 R2 Fluent新功能详细文档】：

发送邮件至Support@idaj.cn获取

 新版本发布| 新的VOLTA和modeFRONTIER 2019冬季版现已发布。详情请点击>>