CN104615835A - 一种发动机中冷器分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机中冷器分析方法，包括有几何模型输入及面网格划分，体网格划分，边界条件输入及求解器参数设置，计算及结果评价及优化设计步骤。可以利用计算流体动力学软件对中冷器进行分析。评判一个中冷器的好坏，对气流速度均匀性差、压降过大的部分提出优化方向，指导中冷器的优化设计。也可以同时对多种方案中冷器进行分析，选择出其中最优的方案。大大减少了发动机中冷器设计开发过程中的人力物力、缩短研发周期及提高研发效率。
Description
技术领域
本发明属于发动机增压器制备方法领域，具体是指一种发动机中冷器分析方法。
背景技术
增压中冷系统对发动机的动力性、经济性和环保具有重要的贡献。因此在车用发动机上得到了普遍应用。由于在发展车用发动机增压中冷技术方面的工作起步较汽油机晚，对中冷器的设计尚未形成一套完整的理论，有关中冷器性能的评价方法也未形成统一的标准。因此，在相关中冷器产品开发过程中，往往需要在整机上进行大量的匹配试验，造成开发周期和费用的增加，不能满足增压中冷应用的需要。
目前发动机中冷器结构开发过程中，关于中冷器仿真分析较少，众多主机厂和零部件厂采用的是设计—试制试验—修改这种循环方式。
按照目前的中冷器开发过程，试制试验需要大量的人力物力，成本高。若第一次设计的中冷器结构气流均匀性不好，由于不知道具体需要优化的部位，需要多次反复尝试，大大增加了中冷器的开发周期。
发明内容
本发明的目的提出一种发动机中冷器分析方法，其可以在中冷器样件试制之前，利用计算流体动力学软件模拟发动机中冷器中气体进入气室、芯体时的气流速度均匀性，进行中冷器结构优化，减少中冷器开发过程的开发成本、开发周期。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发动机中冷器分析方法，包括，
输入几何模型，针对待分析整车的布置形式及边界条件建立中冷器的初步三维数据模型；所述初步三维数据模型包括有中冷器入口三维数据模型、中冷器出口三维数据模型、中冷器扁管三维数据模型、中冷器翅片三维数据模型、中冷器左气室三维数据模型及中冷器右气室三维数据模型；
面网格文件的制备，所述面网格文件为STL格式文件或bdf格式的文件；将所述初步三维数据模型转化为STL格式文件，或者是将所述初步三维数据模型导入到前处理软件中划分面网格，输出bdf格式的文件；并确定特殊面网格部位；
体网格的划分，在计算流体动力学软件中导入面网格文件，对所述面网格文件进行所述体网格划分，这一部分体网格为主网格；对所述特殊面网格部位进行体网格加密划分，这一部分体网格为次网格；
边界条件输入及求解器参数设置，为中冷器入口指定一个质量流量和入口温度值；为中冷器出口指定一个压力值和出口温度值；同时，中冷器芯体结构求解器参数设置是，根据扰流片阻力特性二维模型计算结果设置粘性阻力惯性阻力；
计算及结果评价，通过计算流体动力学得到以下结果：中冷器壁面压力分布与速度分布情况，中冷器壁面的温度场分布情况，以及中冷器芯体压力分布与速度分布情况；如果以上计算结果满足设计要求，则计算完成；
如果计算结果中出现任何一个指标不满足设计要求，则重新几何模型的制备。
所述初步三维数据模型为3-5个。
在所述体网格的划分过程中，要保证所述体网格与所述面网格贴合。
在所述体网格划分完成及边界条件输入之前，需要进行体网格划分质量检查。
所述中冷器芯体结构采用多孔介质模型模拟。
所述主网格的尺寸为2.5mm，所述次网格的尺寸为所述主网格尺寸的2-n(其中n为大于1的正数)。
本发明的有益效果是：
本申请利用计算流体动力学软件对中冷器进行分析，评判一个中冷器的好坏，对气流速度均匀性差、压降过大的部分提出优化方向，指导中冷器的优化设计；
同时对多种方案中冷器进行分析，选择出其中最优的方案，大大减少了发动机中冷器设计开发过程中的人力物力、缩短研发周期及提高研发效率。
附图说明
图1为本发明发动机中冷器分析方法流程图；
图2为本发明发动机中冷器三维数据模型示意图；
图3为本发明发动机中冷器体网格示意图。
附图标记说明
1 中冷器入口三维数据模型，2 中冷器出口三维数据模型，3 中冷器扁管三维数据模型，4 中冷器翅片三维数据模型，5 中冷器右气室三维数据模型，6 中冷器左气室三维数据模型。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图1至图3所示，本发明提供一种发动机中冷器分析方法，包括，
步骤一：输入几何模型，针对待分析整车的布置形式及边界条件建立中冷器的初步三维数据模型，在本申请中，三维数据模型软件使用的是NX或者CATIA软件；根据中冷器零部件数据库中的数据，尽量借用成熟零部件，在满足整车边界条件的前提下，设计3-5种的中冷器几何模型。
此处之所以针对待分析整车是因为不同的车型的中冷器的尺寸不同，而且不同车型配备的发动机型号不同，为适应不同型号的发动机，其中冷器的型号也不相同。边界条件是指中冷器的不同部位所能够承受的最大或者最小参数要求，比如，中冷器入口，所需要考虑的主要参数就是进入中冷器流体的质量流量及流体的温度值，这主要能够体现该中冷器的最大冷却量；中冷器出口所要考虑的主要参数是从中冷器出口流体的压力值及出口温度值，这两个参数能够体现出该中冷器的冷却效率，及能够给发动机提供的水量情况。
所述初步三维数据模型包括有中冷器入口三维数据模型1、中冷器出口三维数据模型2、中冷器扁管三维数据模型3、中冷器翅片三维数据模型4、中冷器左气室三维数据模型6及中冷器右气室三维数据模型5；将上述初步三维数据模型划分为面网格，此处面网格是二维网格。因此，划分为中冷器入口面网格、中冷器出口面网格、中冷器扁管面网格、中冷器翅片面网格、中冷器左气室面网格及中冷器右气室面网格。
步骤二：面网格文件的制备，所述面网格文件为STL格式文件或bdf格式的文件；将所述初步三维数据模型通过网格处理软件Hypermesh转化为STL格式文件，或者是将所述初步三维数据模型导入到前处理软件中划分面网格，输出bdf格式的文件；并确定特殊面网格部位，比如中冷器入口面网格或者中冷器出口面网格。
步骤三：体网格的划分，在计算流体动力学软件中导入面网格文件，对所述面网格文件进行所述体网格划分，这一部分体网格为主网格；对所述特殊面网格部位进行体网格加密划分，这一部分体网格为次网格。
由于体网格划分的网格尺寸大小定义原则为：保证体网格模型与几何模型贴体，此处的贴体是指体网格模型与几何模型基本相同。体网格数量可以保证计算服务器的计算时间可以被分析工程师所接受。一般建议，主网格尺寸优选设置为2.5mm。次网格尺寸为主网格尺寸的2-n(n＝1,2…)。体网格质量的好坏对计算是否能正常进行以及计算时间和精度都有很大的影响。如果有负网格存在，求解器就不能正常开始计算。因此，网格划分好后，需要对其进行网格质量检查。
步骤四：在本申请中，中冷器分析是在稳态工况下进行的。边界条件输入及求解器参数设置，为中冷器入口指定一个质量流量和入口温度值；为中冷器出口指定一个压力值和出口温度值；同时，中冷器芯体结构求解器参数设置是，本发明采用多孔介质模型模拟中冷器芯体结构，根据扰流片阻力特性二维模型计算结果设置粘性阻力惯性阻力,将上述参数输入到计算分析软件Fluent中。
步骤五：计算及结果评价，通过计算流体动力学得到以下结果：中冷器壁面压力分布与速度分布情况，中冷器壁面的温度场分布情况，以及中冷器芯体压力分布与速度分布情况；如果以上计算结果满足设计要求，则计算完成。
步骤六：如果计算结果中出现任何一个指标不满足设计要求，则重新几何模型的制备；对中冷器结构进行优化设计。然后重新对其进行计算流体动力学分析计算，直到所有计算结果均满足设计要求。
使用本发明介绍的一种发动机中冷器分析方法，可以利用计算流体动力学软件对中冷器进行分析。评判一个中冷器的好坏，对气流速度均匀性差、压降过大的部分提出优化方向，指导中冷器的优化设计。也可以同时对多种方案中冷器进行分析，选择出其中最优的方案。大大减少了发动机中冷器设计开发过程中的人力物力、缩短研发周期及提高研发效率。
Claims (6)
1.一种发动机中冷器分析方法，其特征在于：包括，
输入几何模型，针对待分析整车的布置形式及边界条件建立中冷器的初步三维数据模型；所述初步三维数据模型包括有中冷器入口三维数据模型、中冷器出口三维数据模型、中冷器扁管三维数据模型、中冷器翅片三维数据模型、中冷器左气室三维数据模型及中冷器右气室三维数据模型；
面网格文件的制备，所述面网格文件为STL格式文件或bdf格式的文件；将所述初步三维数据模型转化为STL格式文件，或者是将所述初步三维数据模型导入到前处理软件中划分面网格，输出bdf格式的文件；并确定特殊面网格部位；
体网格的划分，在计算流体动力学软件中导入面网格文件，对所述面网格文件进行所述体网格划分，这一部分体网格为主网格；对所述特殊面网格部位进行体网格加密划分，这一部分体网格为次网格；
边界条件输入及求解器参数设置，为中冷器入口指定一个质量流量和入口温度值；为中冷器出口指定一个压力值和出口温度值；同时，中冷器芯体结构求解器参数设置是，根据扰流片阻力特性二维模型计算结果设置粘性阻力惯性阻力；
计算及结果评价，通过计算流体动力学得到以下结果：中冷器壁面压力分布与速度分布情况，中冷器壁面的温度场分布情况，以及中冷器芯体压力分布与速度分布情况；如果以上计算结果满足设计要求，则计算完成；
如果计算结果中出现任何一个指标不满足设计要求，则重新几何模型的制备。
2.根据权利要求1所述的发动机中冷器分析方法，其特征在于：所述初步三维数据模型为3-5个。
3.根据权利要求1所述的发动机中冷器分析方法，其特征在于：在所述体网格的划分过程中，要保证所述体网格与所述面网格贴合。
4.根据权利要求1所述的发动机中冷器分析方法，其特征在于：在所述体网格划分完成及边界条件输入之前，需要进行体网格划分质量检查。
5.根据权利要求1所述的发动机中冷器分析方法，其特征在于：所述中冷器芯体结构采用多孔介质模型模拟。
6.根据权利要求1所述的发动机中冷器分析方法，其特征在于：所述主网格的尺寸为2.5mm，所述次网格的尺寸为所述主网格尺寸的2-n，其中n为大于1的正数。
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