Asa hydraulic公司-工业&汽车供应商使用Simcenter 3D验证优化热系统设计

日期:2019-10-15

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固定设备,例如热电联产设施,移动式建筑、农业机械,卡车和机车等需要可靠的燃料,空气和润滑剂以及热量和冷却剂。

asa hydraulik GmbH(asa hydraulik)是一家专门从事发动机系统的热力系统、连接技术和流体控制的设计、生产和测试的企业。包括标准版和定制版散热器,水箱配件(例如钢和橡胶补偿器),阀门和减振器以及泵和过滤器。

    该企业是这些关键组件的领先独立供应商。 Asa hydraulik在全球四大洲设有五个制造基地,可满足全球汽车、移动设备及固定式机械制造商的需求。asa hydraulik总部位于奥地利维也纳,还有一个技术中心,配有振动测试台,腐蚀测试室和风洞。

asa hydraulik成立于1980年,每年至少投入营业额的7%用于研发(R&D)。 该公司认为,这项政策提供了优于其竞争对手的技术优势。 在公司早期,asa hydraulik是第一家提供标准冷却器系列的公司,该系列冷却器提高了成本效率并缩短了交货时间。1988年,asa hydraulik开发了第一台小型多功能水冷却机器,带有集成过滤器和板式换热器。2000年,该公司取得世界上第一个散热器柔性连接系统的专利,在2009年又获得了第一个柔性安装与连接系统— asa导轨系统的专利。

应对电气化挑战

Asa hydraulik的热力系统产品组包括标准散热器,满足恶劣环境或危险场所特定要求的多条产品线,以及半定制综合冷却系统的配套组件的H系列。

市场研究表明,可再生能源及电动汽车等电力设备中使用的现有技术仍然引起人们对散热的担忧。

“作为该领域技术领导者,我们已有近40年的经验,我们认为我们应该能够找到正确的答案,” asa hydraulik产品经理Rainer Lindbichler说, “2017年,我们决定将E-loop系列添加到我们的产品组合中, E-loop是一套专门为不断增长的电气化市场服务的全新冷却解决方案系统。”

 

上市时间有限

电气回路(E-loop)系列旨在为整个冷却链提供完整的系统解决方案,其中包括冷却固定或移动电力电子设备、电池和电动机所需的所有组件。由于计划在2019年年初推出E-loop系列产品,asa hydraulik仅用了不到12个月的时间就开发出包括设计,验证和测试在内的适销对路的产品。

在计算机辅助设计(CAD)方面,asa hydraulik使用了西门子数字工业软件的SolidEdge®解决方案已有十多年了。 asa hydraulik首席技术官JürgenFeyerl博士说:“这种简单易学的3D建模软件对设计自动化有很大帮助,”“它还支持重复使用现有设计,这是我们模块化产品的重要优势。”

图1:asa hydraulik是一家为汽车、移动及固定机械提供热系统、连接技术和流体控制的制造商

图2:2019年,asa hydraulik推出了E-loop系列,专门为不断增长的电气化市场服务的一系列冷却解决方案

图3:E-loop系列的核心产品是冷板式换热器,该热交换器将热量从电池传递到水/乙二醇回路

图4:asa液压工程师在短短一年多的时间里设计了创新高效的E-loop系列冷板式换热器,包括所有的仿真

使用Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal进行数字化工程

设计一个复杂的冷却系统不仅仅涉及机械工程。 为了实现紧凑和高效的设计,工程师需要优化其内部几何结构,以确保空气和液体的最佳流动。 Lindbichler说:“使用物理原型验证和改进冷却系统的设计是不切实际的,” “为了限制所花费的时间和支出,我们使用了计算流体力学。”

早先,asa hydraulik使用了ACAM Engineering的服务,这是一家奥地利工程公司,专门从事预测工程和部分ACAM系统自动化,并且是西门子数字工业软件合作伙伴。他们使用各种形式的仿真,分析客户设计的数字双胞胎,以预测和优化未来的产品性能。

Feyerl说:“这种专业知识和所使用的软件技术是我们产品成功设计的关键因素,” “在开始E-loop系列设计项目时,我们决定增强内部能力,并投资于所需的软件。”

基于反映出asa hydraulik需求的需求规范,热系统设计专家评估了领先的仿真软件产品。 “有三个产品进入了我们的候选名单,”Lindbichler说,“他们都满足我们的技术要求,我们决定选择性价比最高的解决方案:Simcenter 3D。”

为了计算整个设计中的空气和介质流量以及温度变化,asa hydraulik工程师使用Simcenter™3D Flow和Simcenter 3D Thermal软件。 该软件包是Simcenter产品组合的一部分,是西门子数字工业软件提供的一套全面的仿真软件和测试解决方案。虽然该软件不限于流体,但它还是以计算流体力学(CFD)为中心,通过使用数值分析和数据结构的逐次逼近法来解决和分析流体流动的问题。

 

图5: asa hydraulik使用西门子数字工业软件的Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal进行计算流体动力学(CFD)仿真,优化温度变化(左)和流速(右)的设计及其他标准

 

 

 

 

Kontraktion01_sim1: Solution 2 Result

Load Case 1, Static Step 1

Vorticity - Element-Nodal, Unaveraged, Magnitude

Min: 0.04, Max: 94.30, Units = Unitless

 

Kontraktion_stp_fem1_sim1: Solution 2 Result

Load Case 1, Static Step 1

Vorticity - Element-Nodal, Unaveraged, Magnitude

Min: 0.04, Max: 34.20, Units = Unitless

图6:使用Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal进行CFD仿真,以优化asa hydraulik在奥地利维也纳总部建造的风洞的几何结构

 

选择标准包括ACAM仿真专家的支持,他们也使用Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal,且熟悉asa hydraulik的设计事宜。另一个是该软件的内置,-基于CAD建模完全参数化的3D功能,可直接在该软件中创建和修改几何。Simcenter 3D与Solid Edge具有完全的兼容性和关联性。

“ Simcenter 3D具有完整的CAD功能,使我们能够在用于仿真的同一软件内进行修改,” Feyerl说,“由于该软件与Solid Edge具有完全的关联性,因此只需几秒钟即可将成功的设计变型反馈到原始模型,从而促进了后续的设计优化。”

从虚拟验证到实际成功

asa hydraulik于2017年开始使用Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal。工程师接受了两个阶段的培训:在接受西门子数字工业软件的初始培训之后, asa hydraulik的工程师还接受了ACAM的进修课程,以解决在开始阶段出现的问题。

“由于该软件的用户界面的直观设计与我们工程师所熟悉的Solid Edge的界面设计类似,所以他们在很短的时间内就有成效”,Feyerl说,“使用Simcenter 3D进行CFD仿真也使我们大大减少了我们构建和分析的物理原型的数量。”

Lindbichler说:“使用Solid Edge和Simcenter 3D,我们在不到一年的时间里就成功创建了一系列新的冷却产品,”“使用Simcenter 3D Flow和Simcenter 3D Thermal进行CFD仿真,使我们能够优化E-loop系列的规模和能效,从而帮助我们保持竞争优势。”

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