挑战

工程机械作业时，会面临不同工况下的性能挑战，如持续高温环境、特定的发动机负载、长时间持续作业，若发动机冷却系统散热不佳会导致发动机温度过高甚至“开锅”，影响发动机的正常工作和寿命。因此需要在工程机械研发阶段，评估各种工况下的发动机冷却性能、所需风扇功率，保证足够多的冷却风量，同时尽可能的降低风扇噪声，减少对操作人员和附近居民的影响。而噪声评估，对于在无回声室内进行完整的物理原型测试极具挑战性，周期和成本巨大。

解决方案

为了优化机械产品的设计，可以在设计早期采用达索系统中的PowerFLOW热分析和气动噪声仿真，与优化结构进行反复迭代，在设计早期自由度最高的时候发现和解决不同工况下热和风扇噪声问题，确保符合发动机认证需求和严格的噪声标准，减少测试成本。后期的样机测试只作为一种性能确认的手段。这种开发流程能够实现最优化的设计，同时花费最少的时间和成本。

PowerFLOW

PowerFLOW是基于格子玻尔兹曼(LBM)算法的高精度瞬态流体力学分析的仿真软件，在过去的近30年PowerFLOW为汽车行业提供了高效、完整的热管理、空气动力学和气动声学解决方案，多领域的对标验证和模版化的最佳实践极大提升了用户的研发效率。

PowerFLOW/工程机械行业热管理解决方案

PowerFLOW热分析包含冷却空气模拟、发动机冷却模拟和热保护仿真。

在工程机械领域，PowerFLOW提供发动机冷却解决方案，自动化工作流程和高保真度求解器的精确解，加速不同工况下流场及温度场的分析效率，对设计进行迭代以满足发动机认证需求。如视频1所示，是通过挖掘机的冷却器的冷却气流仿真以及风扇周围的涡流核心等值面(由速度着色的lambda-2)。

热分析的目的是保证发动机在任何工况下运行，在不同的场景下满足特定的性能标准，如高温环境以及特定的发动机负载，达到风扇的性能要求，避免风扇功率过设计，从而评估来自新的子系统设计的影响。在样机测试之前完成发动机舱布置集成，确定回流区域，以便进一步改进，减少测试失败的风险。如图3所示的引擎盖下部区域的流场可视化分析，用于确定产生回流的区域，指导布局设计优化。

01 PowerFLOW气动噪声解决方案

为了确保最终产品的噪声水平保持在最小/满足预定义的目标或噪声法规，用户需要：

• 在产品开发的任何阶段评估声学性能

• 了解噪声产品的确切位置和重要性

• 确定导致噪声问题的设计特征

• 对设计进行迭代以满足噪声目标

PowerFLOW声学产品模块PowerACOUSTICS为用户提供高精度的气动噪声解决方案，包含噪声水平计算，噪声传输评估，噪声源贡献度识别以及远场噪声传输分析。

02 PowerFLOW风扇噪声

PowerFLOW声学分析模块支持各种声学和瞬态流动分析，利用LBM的高并行效率、低数值耗散优势在仿真中准确捕获湍流和噪声，预测产生噪声的流动结构和噪声水平。

03 PowerFLOW整机系统噪声

远场噪声传播：机械作业时风扇周围瞬态流动而产生的气动噪声会向远场以及不同方向传播，噪声远场传输模块使用FW-H方法计算远场噪声传播。

对于声学，吸声材料对于实现噪声目标和优化声音包装设计非常有用。用户可以创建、修改、导入和导出吸音材料库。根据材料的吸声测试数据自动计算声学多孔介质 (APM) 参数。因此，可以准确地包含由于车辆和工业设备中的特定吸音材料而产生的阻尼效应。

04 PowerFLOW消声器

借助声学软件PowerACOUSTICS的Flow-Induced Noise Detection (FIND)模块，可以生成与涡旋动力学相关的噪声源的清晰3D映射，显示不同区域的噪声源强度贡献，实现噪声源分析与识别，帮助优化设计噪声产生强度较大的特征结构。视频3及图7为消声器的气动噪声仿真，FIND功能识别出噪声产生较大的区域，对结构进行优化后，噪声显著降低。