Internal combustion engines, electric motors and batteries generate a significant amount of heat during operation that needs to be extracted by cooling systems. A cooling system is designed and installed to extract the generated heat and maintain the system temperature in an optimal range. Overheating has several unfavorable outcomes such as less durability and lower energy efficiency. The cooling system consists of several components such as hoses, flow splitters, valves, heat exchangers, coolant, pump, etc. The coolant, as the working fluid, is pumped to different heat generator component to enable the cooling down process. Computational Fluid Dynamics (CFD) is a powerful and cost efficient tool to simulate the cooling processes, design, and evaluate the performance of a cooling system. Generally, one dimensional CFD is a common approach to interpret and explain the cooling processes in the automotive industry due to its high flexibility and computational cost efficiency. Also, three dimensional CFD is employed whenever it is required to study complex physical phenomena and provide detailed information. Additionally, it is possible to couple one dimensional and three dimensional CFD approaches to simulate cooling processes. Not only is the coupled 1D-3D CFD approach able to capture complicated physical processes but also is flexible and cost efficient. The objective of this master thesis is to implement 1D-3D CFD coupled simulation on internal combustion engines’ cooling system and evaluate the advantages and disadvantages of this method. The performance of this method is examined in different case studies with different flow and geometrical characteristics. The effect of various turbulence models and numerical settings are investigated on the quality of the coupled simulations’ results. The coupled simulations are carried out using GT-SUITE and STAR-CCM+ software. The performed simulations show that the coupling method is a convenient approach which is able to capture detailed physics with high precision requiring reasonable computational costs. The results of the coupled simulations depict agreement with the uncoupled 1D CFD simulations, although some discrepancies are observed in complex case studies. Also, it is shown that the coupled simulations are sensitive to numerical settings and physical models, consequently, the case setup should be optimized carefully. / Förbränningsmotorer, elmotorer och batterier genererar en betydande mängd värme under drift som behöver extraheras av kylsystem. Ett kylsystem är utformat och installerat för att extrahera den genererade värmen och hålla systemtemperaturen i ett optimalt intervall. Överhettning har flera ogynnsamma följder, som mindre hållbarhet och lägre energieffektivitet. Kylsystemet består av flera komponenter, till exempel slangar, flödesdelare, ventiler, värmeväxlare, kylvätska, pump etc. Kylvätskan, som arbetsvätska pumpas till olika värmegenerator-komponenter för att möjliggöra nedkylningsprocessen.Computational Fluid Dynamics (CFD) är ett kraftfullt och kostnadseffektivt verktyg för att simulera kylprocesserna, utforma och utvärdera prestanda för ett kylsystem. I allmänhet är endimensionell CFD en vanlig metod för att tolka och förklara kylningsprocesserna i bilindustrin på grund av dess höga flexibilitet och beräkningseffektivitet. Dessutom används tredimensionell CFD när det krävs, för att studera komplexa fysiska fenomen och tillhandahålla detaljerad information. Dessutom är det möjligt att koppla ihop en- och tredimensionell CFD-metod för att simulera kylningsprocesser. Inte bara är den kopplade 1D-3D CFD-metoden möjlig för att betrakta komplicerade fysiska processer, utan är även flexibel och kostnadseffektiv.Syftet med detta examensarbete är att implementera 1D-3D CFD kopplad simulering på förbränningsmotorns kylsystem och utvärdera fördelarna och nackdelarna med denna metod. Uppträdandet av denna metod undersöks i olika fallstudier med olika flöde och geometriska egenskaper. Effekterna av olika turbulensmodeller och numeriska inställningar undersöks genom kvaliteten på resultaten hos kopplingens simuleringar. De kopplade simuleringarna utförs med hjälp av mjukvaran GT-SUITE och STAR CCM +.De utförda simuleringarna visar att kopplingsmetoden är ett bekvämt tillvägagångssätt som kan fånga detaljerad fysik med hög precision till rimliga beräkningskostnader. Resultaten av de kopplade simuleringarna visar överensstämmelse med de frikopplade 1D CFD-simuleringarna, även om vissa avvikelser observeras i komplexa fallstudier. Det visas också att de kopplade simuleringarna är känsliga för numeriska inställningar och fysiska modeller, därför bör fallinställningen optimeras noggrant.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-280563 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Kerachian, Amirali |
| Publisher | KTH, Fordonsdynamik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2020:266 |
Page generated in 0.0023 seconds