[发明专利]一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法，包括：1、利用CAD建模软件创建固体域和流体域的参数化几何模型；2、建立固体域和流体域的网格模型；3、建立发动机整机热力学模型，并控制发动机热力学计算值与发动机外特性试验数据的相对误差；4、定义对流换热和热辐射的热边界条件；5、执行固体域和流体域的间接耦合迭代计算。本发明能弥补排气歧管和气阀室罩盖设计过程中难以直接评估排气歧管温度场分布和热辐射水平状况，解决排气歧管开裂失效以及因热辐射气阀室罩盖出现熔化的问题。

技术领域

本发明涉及内燃机排气系统技术领域，特别涉及一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法。

背景技术

随着世界发达国家的环保机构相继制定并颁发严苛的内燃机排放法规和燃油经济性指标，因而具备轻量化，高功率密度和低排放的内燃机将成为未来的主流开发产品，然而，为了实现内燃机更高的动力输出以及SCR选择性催化还原系统的催化转换效率，必将导致排气歧管热负荷的急剧上升，从而可能产生排气歧管开裂失效以及因热辐射气阀室罩盖出现熔化的问题。

排气歧管通常必须承受极高的热负荷，这是因为排气歧管的内壁面直接与高温排气接触，并且排气歧管只能通过缸盖热传导，热辐射和空气对流换热的方式进行冷却，从而有可能导致排气歧管局部位置出现较大的温度梯度和最高温度超出材料所能承受的极限。由于热辐射是一种以电磁波传播能量的现象，因此可不依靠零部件的接触来传递能量。若排气歧管的温度越高，排气歧管辐射出的总能量也就越大。当排气歧管周围的零部件相互间的距离太近时，因受排气歧管热辐射的影响周围零部件的温度也会急剧增高，比如在实际试验过程中因热辐射作用塑料材质的气阀室罩盖的局部位置可能会出现熔化的现象。

发明内容

本发明目的在于弥补排气歧管和气阀室罩盖设计过程中难以直接评估排气歧管温度场分布和热辐射水平状况，提出一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法，以期在试制排气歧管和气阀室罩盖样件之前对排气歧管温度场以及二者之间的热辐射水平进行评估，以解决排气歧管开裂失效以及因热辐射气阀室罩盖出现熔化的问题。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、在CAD建模软件中创建固体域和流体域的参数化几何模型，并导出固体域的参数化几何模型的stp格式文件和流体域的参数化几何模型的stl格式文件；所述固体域的参数化几何模型包括：缸盖、排气歧管、气阀室罩盖、增压器的涡轮壳和紧固螺栓；所述流体域的参数化几何模型为排气通道；

步骤2、在Hyperworks软件中导入所述固体域的参数化几何模型的stp格式文件，并使用Hypermesh网格划分模块工具建立固体域的网格模型，同时利用Mesh Check网格检查工具对所述固体域的网格模型进行检查，从而输出所述固体域的inp网格文件；将所述流体域的参数化几何模型的stl格式文件导入三维CFD流体力学分析软件中，并使用FameHybrid Assistant网格划分模块工具进行网格划分，从而建立流体域的网格模型；

步骤3、采用发动机热力学分析软件建立发动机整机热力学模型，执行所述发动机整机热力学的仿真，从而得到发动机热力学计算值；依据发动机外特性试验数据对所述发动机整机热力学模型重新进行标定，从而使得所述发动机热力学计算值与所述发动机外特性试验数据的相对误差控制在Δ％以内；将所述发动机整机热力学模型的排气道入口和排气歧管出口的计算结果导出dat格式文件作为一维热力学边界条件；所述一维热力学边界条件的进口边界为排气的质量流量和温度，出口边界为排气的静压和温度；

步骤4、定义对流换热和热辐射的热边界条件

步骤4.1、定义变量n，并初始化n＝1；