[發明專利]一種增壓柴油機工作過程三維仿真方法

有效

• 申請號: 201710508311.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107451331B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王強;王軍;毛虎平;董小瑞
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;F02B37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種增壓柴油機工作過程三維仿真方法，其特征在于：包括步驟：

第一步，建立柴油機工作過程的三維模型，包含壓氣機、進氣道、氣缸、排氣道、渦輪，對每一個柴油機組件生成計算網格；

第二步，利用通用商業計算流體力學的內燃機模塊建立氣缸數值仿真模型，根據柴油機轉速設置活塞運動速度，設置動網格重構方法、湍流模型、差分格式、時間格式、數值求解方法；

第三步，在通用商業計算流體力學軟件中設置壓氣機數值仿真模型、渦輪仿真模型，對壓氣機入口設置總溫、總壓，對渦輪出口設置背壓，對壓氣機葉輪、渦輪葉輪設置統一的自定義轉速變量；通過進氣道、排氣道實現壓氣機、氣缸、渦輪的氣路連接，得到柴油機的整機模型；

第四步，引入自定義變量M與I_ZZ；M表示增壓器壓氣機葉輪、渦輪葉輪部件所承受的氣動力矩，所述氣動力矩以增壓器軸為旋轉軸，變量M通過商業計算流體力學求解器中提供的力矩表達式求得；I_ZZ表示增壓器旋轉部件的轉動慣量，通過所提供的包含壓氣機葉輪、渦輪葉輪與增壓器轉軸的實體模型計算得到I_ZZ的參數值，在數值仿真過程中，I_ZZ為一個恒定值；建立增壓器轉速n、轉動慣量I_ZZ和增壓器壓氣機葉輪、渦輪葉輪部件所承受的氣動力矩M的關系，計算得到增壓器轉速；

第五步，對所建立的柴油機整機模型設置初始值，開展柴油機工作過程仿真，物理時間步長Δt根據柴油機曲軸轉角的變化進行換算得到；對增壓器內的流場參數包括速度、壓強、密度、溫度以及增壓器與氣缸的聯合工作特性進行分析，得到增壓器的響應特征以及柴油機的整機動態匹配特性。

2.根據權利要求1所述的一種增壓柴油機工作過程三維仿真方法，其特征在于：

所述第一步中三維模型采用CAD建模軟件完成，所述計算網格采用網格生成軟件生成。

3.根據權利要求1所述的一種增壓柴油機工作過程三維仿真方法，其特征在于：

所述第四步中建立增壓器轉速n、轉動慣量I_ZZ和增壓器壓氣機葉輪、渦輪葉輪部件所承受的氣動力矩M的關系，關系式為：

其中n₀表示增壓器轉速的初始值，M_T表示增壓器渦輪葉輪所受氣動力矩，M_c表示增壓器壓氣機葉輪所受氣動力矩，t表示時間變量。

4.根據權利要求1所述的一種增壓柴油機工作過程三維仿真方法，其特征在于：

所述第五步中物理時間步長Δt根據柴油機曲軸轉角的變化進行換算得到，關系式為

其中n_d表示柴油機轉速，單位為：轉/分。