Languages

Super Nav - Japanese

商用車:キーオフ / ソーク

キーオフ / ソークの熱条件のシミュレーション


上のグラフ:キーオフ状態における温度変化の予測値と測定値の比較

車両内の多数の部品が極めて高温になると、近接する部品の劣化や破損の可能性があり、安全性、耐久性、あるいは保証上の重大な問題に繋がります。コスト削減と重量低減のためにプラスチック部品が使用されることが増えていますが、プラスチックは温度変化の影響をより受けやすい素材です。グローバル化の進行により、非常に広範囲の温度環境での車両走行を考慮する必要があります。コストのかかる後期での設計変更、さらには生産時の不具合を回避するためには、部品の配置、熱シールドを慎重かつ詳細に分析しなければなりません。熱の大きな問題の1つとして挙げられるのが、「キーオフ」または「ソーク」と呼ばれる状態です。これは、高温なままのエンジンが急激に停止し、冷却流れがなくなることで床下の温度が上昇する状態を指します。

技術課題

従来の車両の熱設計は、膨大なサーモカップルを伴う熱風洞での実験や路上テストに大きく依存していました。テストプロセスには多大なコストと時間がかかり、柔軟性もありませんでした。このテストではサーモカップルによる計測を行いますが、エンジニアは熱の問題が発生しうる箇所を先験的に予測しなければなりません。しかしながら、床下の流れには強い乱流特性があるため、その予測は不可能に近いのが現状です。再設計と再テストに依存する方法は高価かつ当たり外れが大きく、最も高温になる箇所を最終的に特定できないことも多くなります。

熱ソークは本質的に非定常な問題であり、温度が急上昇してから、対流冷却により徐々に温度が低下します。これを風洞で視覚化することはほぼ不可能ですが、部品を適切に配置し保護するためには、このような複雑な構造を理解しなければなりません。さらに、非常に高温になる部品に関して、その温度は周囲の流体における熱伝導、輻射、対流の複雑な相互作用の結果であり、正確に予測することは極めて困難です。

車両の開発プロセスの迅速化と改善に対する市場の要求が増大する中、車両設計プロセスの初期段階でソークに対応するためには、より効果的な手法が必要であることは明らかです。関係する物理特性を捕捉するためには、高品質なシミュレーションが必要です。しかしながら、ソークのような非定常の問題を、従来のナビエ・ストークスによる定常の流体コードでシミュレートすることは、困難かつ時間もかかります。

ソリューション

弊社のPowerFLOWPowerTHERMは、ソークに関する課題解決に最適なソリューションです。PowerFLOW独自の本質的に非定常な格子ボルツマン法に基づく物理特性により、最も複雑な形状に対しても実世界での非定常な現象を正確にシミュレートすることが可能です。PowerTHERMは、高精度かつ完全連成の熱伝導および輻射ソルバーです。PowerFLOWとPowerTHERMを組み合わせることで、キーオフ直後のピーク温度を正確に予測し、車両全体の流れと温度場を視覚化することが可能になります。これにより問題のある箇所を特定し、課題を解決する設計改善案を提案することができます。シミュレーションとモデルの設定に要するターンアラウンドタイムが短縮されるため、ベースラインの設計変更を迅速に行い、ソーク性能における改善を評価することが可能になります。

弊社のキーオフ / ソーク課題に対するソリューションでは、以下が可能です。

  • 部品のピーク温度を制限し、火災の危険性や部品の故障を回避する
  • 熱シールド、絶縁体、または部品の配置改善などにより、損傷しやすい部品の保護方策を最適化
  • パワートレイン内の熱エネルギーを保持し、低温始動を円滑にする

     

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: 
Results Analysis: