[发明专利]一种缸内流体仿真计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿真气道设计技术领域，特别涉及一种缸内流体仿真计算方法。

背景技术

随着国际油价的不断飙升和排放法规的日益严格，高效低污染的内燃机燃烧系统的开发备受关注。内燃机内工质流动对内燃机的动力性、经济性和排放性能具有重要的意义，因为它对油气混合、滞燃期、着火、燃烧、火焰传播、排放物生成以及湿壁都有着重要的影响。因此应用软件计算相关缸内气流组织和喷雾特性是必要手段。

滚流广泛应用在四气门汽油机上，滚流在压缩过程中其动量衰减较少，当活塞接近上止点时，大尺度的滚流将破裂成众多小尺度的涡，使湍流强度增加，大大提供火焰传播速率，改善发动机性能。目前气道滚流可以采用稳态试验台获得，固定气道进出口压差，获得不同气门升程下的滚流强度。在标定试验中，喷油正时每间隔10℃A，结合不同喷油参数，组成喷油实验矩阵，实验量庞大。

然而，虽然稳态气道实验台在一定程度上可以平行比较不同气道产生滚流的强度，但是不能反映发动机实际运行时的缸内流体运动，不能体现缸内流体运动随曲轴转角的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种缸内流体仿真计算方法，能够反映发动机实际运行时的缸内流体运动，体现缸内流体运动随曲轴转角的变化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种缸内流体仿真计算方法，包括：

在三维仿真软件中对包围缸内流体的各部件的封闭曲面建模；

对建立的模型进行网格划分，并根据气门运动参数形成动态网格模型；

对所述动态网格模型加载周期瞬态边界条件，并根据内置算法计算缸内流体的瞬态滚流比及浓度分布。

优选地，对包围缸内流体的各部件的封闭曲面建模，具体包括：

对进气道、排气道、进气门、排气门、气缸、活塞、喷油器及火花塞上与缸内流体接触的表面建模。

优选地，对所述动态网格模型加载周期瞬态边界条件之前，还包括：

在所述动态网格模型中，调整所述活塞的顶面至所述气缸的端面间的余隙，以使所述气缸的压缩比达到预设值。

优选地，对所述动态网格模型加载的周期瞬态边界条件具体包括：

随曲轴转动而变化的进气道入口流量及温度，以及随曲轴转动而变化的排气道出口瞬态静压及温度。

优选地，对所述动态网格模型加载周期瞬态边界条件之前还包括：

根据喷雾特性标定喷雾模型。

优选地，所述喷雾特性包括喷雾贯穿距、喷雾形态和索特平均直径。

优选地，对所述动态网格模型加载周期瞬态边界条件之前还包括：

设置所述喷油器的各喷油孔坐标、油束方向、喷油孔直径、喷油起止时间、喷油量、粒径分布、及油滴喷射速度。

优选地，计算缸内流体的瞬态滚流比及浓度分布之后还包括：

根据所述瞬态滚流比确定所述喷油器在喷油阶段的喷油策略。

优选地，计算缸内流体的瞬态滚流比及浓度分布之后还包括：

根据缸内流体的浓度分布计算所述火花塞位置处的浓度。

优选地，计算缸内流体的瞬态滚流比及浓度分布之后还包括：

根据缸内流体的浓度分布预测缸套湿壁及活塞湿壁的出现概率。本发明所提供的缸内流体仿真计算方法，主要包括三步，分别为：在三维仿真软件中对包围缸内流体的各部件的封闭曲面建模；对建立的模型进行网格划分，并根据气门运动参数形成动态网格模型；对所述动态网格模型加载周期瞬态边界条件，并根据内置算法计算缸内流体的瞬态滚流比及浓度分布。

其中，在第一步中，主要内容为封闭曲面的建模。缸内流体不仅在气缸内流动，而是从其发源地——进气门到其末端——排气门都存在，同时在其流动途中也涉及到其余各种包围着缸内流体的部件，这些部件的某个表面将与缸内流体相接触，缸内流体也会受到各部件的影响，本步骤即为对这些部件的所形成的封闭曲面通过三维仿真软件进行建模。

在第二步中，考虑到发动机实际运行中，其气门是随时运动的，包括气门升程随曲轴的转动而变化等，为使缸内流体的流动与实际相符，本步骤中首先对第一步中建立的封闭曲面模型进行网格划分，形成具有若干份小体积单元的网格模型，然后再对该网格模型根据气门的运动参数进行修正和细化，形成动态网格模型。该动态网格模型即为缸内流体的运动分析模型。