CN106202641A

CN106202641A - 一种发动机cfd仿真计算模型的标定方法、系统及装置

Info

Publication number: CN106202641A
Application number: CN201610496875.4A
Authority: CN
Inventors: 孙万于; 王树汾
Original assignee: China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Current assignee: Sinotruk Jinan Power Co Ltd; China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: CN106202641B

Abstract

本发明属于提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法、系统及装置。所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法，基于获取待标定发动机CFD仿真计算模型的待标定建模参数及各已标定建模参数、及获取的上述各已标定建模参数赋的初值，以及所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的物理过程，统计所述待标定建模参数的数量n、统计所涉及的各物理过程的数量m、以及统计各物理过程中含有的待标定建模参数的数量P，采用一系列的处理方法，完成对发动机CFD仿真计算模型的标定。本发明将正交优化方法引入到发动机的仿真计算模型的标定过程中，可减少测试试验的次数，从而可缩短产品研发的周期，进而可降低产品的研发成本。

Description

一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及发动机CFD仿真标定领域，具体是一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法、系统及装置，尤其适用于MC11发动机与MC07发动机的CFD仿真标定。

背景技术

发动机研发依赖于大量试验，研发周期长，开发成本高。计算机仿真技术的发展在一定程度上降低了发动机开发对试验的依赖程度，提高了开发速度。发动机计算过程中，模型标定非常重要。现有标定方法是通过试验数据进行标定，比如发动机计算模型中子模型喷雾模型，需要通过专门的试验台架测量喷油器的喷雾特性，试验周期长，费用高。此为现有技术的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法、系统及装置，用于克服现有标定方法实验周期长、费用高的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法，包括：

步骤A、获取待标定发动机CFD仿真计算模型的待标定建模参数及各已标定建模参数，并分别获取上述各已标定建模参数赋的初值，且该各已标定建模参数的初值在后续的各标定步骤中保持不变；

步骤B、统计所述待标定建模参数的数量n，并判定所述数量n的大小：若1≤n≤2，则执行步骤C；若n≥6，则执行步骤D；若2﹤n﹤6，则执行步骤E；

步骤C、从步骤A中所述的已标定建模参数中任选2个参数，与所述的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后执行步骤G；

步骤D、依据所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，划分各待标定建模参数的分组，并分别统计所涉及的各分组的数量m、以及各分组中含有的待标定建模参数的数量P；并判定数量m的大小：若m＝1，则执行步骤E；若m﹥1,则执行步骤F；

步骤E、将各待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后执行步骤G；

步骤F、依据上述待标定发动机CFD仿真计算模型中所涉及的各物理过程发生的先后顺序，依序设定上述m个分组的待标定优先级1、2、3、…、m-1、m；之后分别获取上述统计的各分组中含有的待标定建模参数的数量P，并执行步骤F1；

步骤F1、依据待标定优先级递增的顺序遍历上述各待标定优先级对应的未被标定过的分组，并分别判定当前遍历到的待标定优先级对应分组中的待标定建模参数的数量P的大小：若P≥3，则将当前遍历到的分组中的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后执行步骤G；若1≤P﹤3，则从步骤A中所述的已标定建模参数中任选2个参数，与当前遍历到的分组中的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后执行步骤G；

步骤G、初始化当前标定次数X的初值X0，之后执行步骤G1；

步骤G1、为所述的当前待标定因素组设置相应的水平数，并为该当前待标定因素组中的每个因素设置相应数量的水平；其中当前待标定因素组中的因素为组成当前待标定因素组的所有的建模参数；上述每个待标定因素的水平，均是基于其预先设定的水平的中间值及其相应的波动范围而设定的；

步骤G2、依据当前待标定因素组中因素的数量及水平数，建立相应的正交表；

步骤G3、根据所述的当前待标定因素组中各因素与所述正交表列的对应关系，将上述各因素当前的水平分别映射至所述的正交表中，生成正交测试用例表；

步骤G4、获取当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组，基于上述生成的正交测试用例表中的测试用例及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由上述获取的各分组对应出的各相应物理过程的相应指标的仿真值；

步骤G5、分别通过公式

计算所述正交测试用例表中各测试用例的仿真综合值Y，并将上述计算出的各测试用例的仿真综合值Y对应写入所述的正交测试用例表；其中：

1≤j≤L且j为自然数，L表示所述获取的当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组的数量；

j表示所获取的当前待标定因素组中的待标定因素所属的分组中的第j个分组,y_j表示上述第j个分组对应物理过程的相应指标的仿真值；

T_j表示预先设定的、与上述第j个分组对应出的物理过程相应的指标的试验值；

步骤G6、通过正交分析方法，对上述正交测试用例表中的仿真综合值Y进行分析，确定当前标定因素组中的最佳测试用例W₀，并判定该最佳测试用例W₀是否在上述的正交测试用例表中，若是，则继续执行步骤H1，否则执行步骤H；

步骤H、基于上述确定出的最佳测试用例W₀及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组对应出的相应物理过程的相应指标的仿真值；之后通过上述公式①计算该最佳测试用例W₀的仿真综合值Y，并执行步骤H1；

步骤H1、若步骤H中计算出的仿真综合值Y满足以下关系式

则继续执行步骤I，否则执行步骤J2；其中在上述公式②中：r表示上述正交测试用例表中测试用例的个数，Y_k表示上述正交测试用例表中第k个测试用例的仿真综合值，k为自然数；

步骤I、确定该最佳测试用例W₀为当前待标定因素组的最优用例，之后执行步骤J；

步骤J、将当前循环标定次数X的值增加1，之后执行步骤J1；

步骤J1、将所述最优用例中对应的各待标定因素的值，分别作为当前待标定因素组中相应待标定因素的水平的新的中间值，并将预先设定的当前待标定因素组中各待标定因素的相应波动范围分别缩小30％后作为各相应待标定因素的新的波动范围，基于上述各新的中间值及新的波动范围，为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定水平，之后重新执行步骤G3-G6；

步骤J2、判定所述当前循环标定次数X的大小，且若X＝X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且标定结果作废；若X>X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且当前最优用例中对应的各待标定因素的值即为当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值。

在上述步骤D中，所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，依据其发生的先后顺序包括发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程和燃烧过程。

在上述步骤G1中，所述的当前待标定因素组中的每个因素的水平数均为3。

在上述步骤J1中，所述的为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定的各水平值均满足：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。

在上述步骤J2中的X>X0时，所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法还包括步骤J3，对当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值进行验证的步骤。

所述步骤J3中对当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值进行验证的步骤为：

获取上述计算出的所述最优用例对应的仿真综合值，并记该最优用例对应的仿真综合值为Y_v，之后判定该仿真综合值Y_v的大小，且：

若0≤Y_v≤1％，则当前待标定因素组中各已完成标定的因素的标定值的准确度为预先设定的Ⅰ级准确；

若1％＜Y_v≤5％，则当前待标定因素组中各已完成标定的因素的标定值的准确度为预先设定的Ⅱ级准确；

若Y_v＞5％，则当前待标定因素组中各已完成标定的因素的标定值的准确度为预先设定的Ⅲ级准确；

其中所述预先设定的Ⅰ级准确、Ⅱ级准确和Ⅲ级准确，其准确程度依序递减。

本发明还提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定系统，包括：

输入单元，用于本系统的信息输入，包括待标定发动机CFD仿真计算模型的各待标定建模参数、各已标定建模参数及各已标定建模参数的初值的输入；

显示单元，用于本系统的信息显示；

信息处理单元，与所述的输入单元和显示单元相连，通过上述发动机CFD仿真计算模型的标定方法，对通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用所述的显示单元显示该得出的标定结果。

在所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法的步骤J1中，所述的为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定的各水平值均满足：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。

本发明还提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定装置，该标定装置包括用户标定终端，该用户标定终端包括壳体、设置在壳体内的信息处理单元、以及设置在壳体上的输入单元和显示单元，其中：

显示单元，用于本标定装置的信息显示；

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明将正交优化方法引入到发动机的仿真计算模型的标定过程中，可减少测试试验的次数，从而可提高标定速度、缩短产品研发的周期，进而降低产品的研发成本。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

首先，CFD即计算流体力学，即通过数值方法求解流动过程的驱动方程。

在现有技术中，流动过程的驱动方程为：

1)连续方程(质量守恒方程)：

\frac{\partial ρ}{\partial t} + &dtri; \cdot (ρ V) = 0;

式中，ρ为密度，t为时间，向量V表示速度。

各个组分的质量守恒方程为：

ρ \frac{\partial w_{i}}{\partial t} + ρ V \cdot &dtri; w_{i} + &dtri; \cdot j_{i} = r_{i},

式中，wi为组分i的质量分数，j_i为组分i的通量，rⁱ为组分wⁱ的源项。

2)动量方程

\frac{\partial V}{\partial t} + V \cdot &dtri; V = f + \frac{1}{ρ} &dtri; \cdot T,

式中，f为体积力，T为二阶张量形式的表面作用力；

动量方程在湍流条件下的形式为：

\frac{\partial < V_{i} >}{\partial t} + < V_{j} > \frac{\partial < V_{i} >}{\partial x_{j}} = \frac{1}{ρ} \frac{\partial < τ_{i j} >}{\partial x_{j}}

< τ_{i j} > = - < p > δ_{i j} + 2 μ < S_{i j} > - ρ < V_{i}^{'} V_{j}^{'} > = < τ_{i j}^{v} > - ρ < V_{i}^{'} V_{j}^{'} >

< S_{i j} > = < \frac{1}{2} (\frac{\partial V_{i}}{\partial x_{j}} + \frac{\partial V_{j}}{\partial x_{i}}) > = \frac{1}{2} (\frac{\partial < V_{i} >}{\partial x_{j}} + \frac{\partial < V_{j} >}{\partial x_{i}})

式中，δ_ij为克罗内克尔符号，当i＝j时值为1，否则为0；-ρ〈V′_iV′_j〉称为雷诺应力。

3)能量守恒方程

\frac{\partial}{\partial t} (e + \frac{1}{2} | V |^{2}) + V \cdot &dtri; (e + \frac{1}{2} | V |^{2}) = f \cdot V + \frac{1}{ρ} &dtri; \cdot (T \cdot V) + \overset{\cdot}{q} + q_{R} + \frac{1}{ρ} &dtri; \cdot (λ &dtri; T)

其中e为内能，q_R为换热量，称为热源项，λ称为热传导系数。

上述方程结合边界条件、初始条件以及物性条件等即组成唯一性问题，比如，边界层网格的增长率设为1.2、网格平均尺寸设为3mm，气体常数设为8.1345J/(K*mol)等，此处不再一一列举，本领域技术人员可采用惯常使用的条件值进行实现。

由于流动过程的驱动方程为非线性偏微分方程，所以难以获取通用的解析解，工程应用上多采用数值方法求解上述方程。

在通过数值方法求解上述方程过程中，源项r_i、雷诺应力-ρ<u_i'u'_j>、热源项热传导系数λ等需要特殊的处理方式，计算时通常会依据发动机CFD仿真物理过程，在相应的发动机CFD仿真物理过程中相应地引入湍流模型、喷雾破碎模型、湍流作用下颗粒扩散模型、燃烧模型等对这些参数进行计算。

具体实施方式1：

本实施方式1提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法，只有一个待标定参数，且为具体待标定参数为NOx Kinetic Multiplier的情况，具体标定步骤如下所示。

步骤s1:获取待标定发动机CFD仿真模型的各待标定参数及各已标定参数，如mixing model parameter、chemical reaction time、NOx kinetic multiplier等，并获取上述各已标定建模参数的初值，如mixing model parameter为0.3、chemical reactiontimie为10000等。由于建模参数多达上百个，此处不再一一列举，本领域技术人员可进行相应赋值。待标定参数为NOx kinetic multiplier，其物理意义解释为：

基于上述各个组分的质量守恒方程，即基于

其中r_i为组分w_i的源项；

当针对组分NOx的守恒方程，该各个组分的质量守恒方程具体为源项r_NOx模型，该源项r_NOx模型中只有一个待标定参数NOx Kinetic Multiplier，令其为k；该源项r_NOx模型中的其他建模参数均为已标定建模参数，且各已标定建模参数的初值在后续的各标定步骤中保持不变。

其中，所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，依据其发生的先后顺序包括发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程和燃烧过程。

依据所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，划分当前待标定建模参数k的分组：燃烧过程分组。

步骤s2：统计所述待标定建模参数的数量n＝1，且判定有1≤n≤2，之后执行步骤s3；

步骤s3：从已标定建模参数中选取任意的两个已标定参数C_μ和C_ε1，与k组成当前待标定因素组，该当前待标定因素组包括k、C_μ和C_ε1三个待标定因素，其中包括待标定建模参数k和已标定建模参数C_μ和C_ε1。之后执行步骤s4。

步骤s4：初始化当前标定次数X初值X0＝1，之后执行步骤s5；

步骤s5：为所述的当前待标定因素组设置相应的水平数，并为该当前待标定因素组中的每个因素设置相应数量的水平，其中当前待标定因素组中的因素为组成当前待标定因素组的所有的建模参数；上述每个待标定因素的水平，均是基于其预先设定的水平的中间值及其相应的波动范围而设定的。

在本具体实施方式的步骤s5中，设定当前待标定因素组的三个因素的水平数均为3，其中设定上述k的3个水平值分别为5、10、15；C_μ,C_ε1为已标定参数，所以这两个参数各自的三个水平值(详见表1)均保持不变。

并依据当前待标定因素组中因素的数量及水平数，建立正交表L₉(3³)。

步骤s6：依据当前待标定因素组中各因素与所述正交表列的对应关系，将上述各因素当前的水平值分别映射至所述的正交表L₉(3³)中，建立正交测试用例表。

其中，在该步骤s6中，当前待标定因素组的待标定因素k的水平值，是基于预先设定的该因素的水平值的中间值及波动范围而设定的，在本实施方式中，预先设定的该因素的中间值为10、波动范围为±5，具体如表1所示。

表1正交测试用例表

	k	C_μ	C_ε1
				1	5	0.09	1.44
2	5	0.09	1.44
				3	5	0.09	1.44
4	10	0.09	1.44
				5	10	0.09	1.44
6	10	0.09	1.44
				7	15	0.09	1.44
8	15	0.09	1.44
				9	15	0.09	1.44

步骤s7：获取当前待标定因素组中各待标定建模参数所属的分组，基于上述生成的正交测试用例表表1中的测试用例及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由上述获取的该分组对应出的相应物理过程的相应指标的仿真值；之后分别通过公式

计算该正交测试用例表1中各测试用例的仿真综合值Y，并将上述计算出的各测试用例的仿真综合值Y对应写入所述的正交测试用例表，如表2所示，其中：

1≤j≤L且j为自然数，L表示所述获取的当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组的数量；j表示所获取的当前待标定因素组中的待标定因素所属的分组中的第j个分组,y_j表示上述第j个分组对应物理过程的相应指标的仿真值；T_j表示预先设定的、与上述第j个分组对应出的物理过程相应的指标的试验值。

表2计算结果分析

步骤s8：通过正交分析方法，对上述正交测试用例表中的仿真综合值Y进行分析，确定出当前标定因素组中的最佳测试用例W₀,并判定确定出的该最佳测试用例W₀是否在当前的正交测试用例表中：若不在当前的正交测试用例表中，则基于上述确定出的最佳测试用例W₀及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组对应出的相应物理过程的相应指标的仿真值，之后通过上述公式①计算该最佳测试用例W₀的仿真综合值Y₀＝1.5，并继续执行步骤s9；

其中，在本实施方式中，判定当前的最佳测试用例W₀在当前的正交测试用例表中，且可以为表2中的正交方案1、2、3中的任意一个，本实施方式默认选择编号最小的正交方案1为当前的最佳测试用例W₀。之后继续执行步骤s10。

步骤s9、计算的值，并判定的值与上述Y₀＝1.5的大小关系，若则执行步骤s11；否则判定所述当前循环标定次数X的大小：且若X＝X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且标定结果作废；若X>X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且当前最优用例中对应的各待标定因素的值即为当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值。

而在本实施方式中，基于表2有

\frac{Σ_{k = 1}^{r} Y_{k}}{r} \times 50 % = \frac{1.5 + 1.5 + 1.5 + 4.2 + 4.2 + 4.2 + 6.2 + 6.2 + 6.2}{9} \times 50 % \approx 1.98,

从而有成立，进而执行步骤s10；

步骤s10：确定出上述当前确定出的最佳测试用例W₀即为本实施方式当前待标定因素组的最优测试用例W₀，此时k的水平值为5。

步骤s11：将当前循环标定次数X的值增1，即为2；之后执行步骤s12；

步骤s12：将所述最优用例W₀中对应的各待标定因素的值，分别作为当前待标定因素组中相应待标定因素的水平的新的中间值，并将当前待标定因素组中相应待标定因素的相应波动范围分别缩小30％后作为新的波动范围，并基于所形成的新的中间值及新的波动范围，为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定水平值(在本实施方式中，上述k当前的三个水平值依序重新设定为1.5、5、8.5；C_μ与C_ε1为已标定参数，分别保持其预先设定的初值不变，依序依然为0.09和1.44。)；之后基于所重新确定的相关待标定建模参数的各水平值，重复执行上述步骤s6～s10,直至标定过程结束。

此外，在当前循环标定次数X大于当前标定次数X的初值X0时，所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法还包括步骤s13，对当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值进行验证的步骤，即为：

本实施方式最终经过4轮筛选后，标定的k的水平值为0.15，计算对应的仿真综合值为Y_v＝2％，比较当前计算出的仿真综合值Y_v的大小，因1％＜Y_v＝2％≤5％，当前待标定因素组中各已完成标定的因素K的标定值的准确度为预先设定的Ⅱ级准确。

此外，在为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定新的水平值时：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。

综上，本发明将正交优化方法引入到发动机的仿真计算模型的标定过程中，可减少测试试验的次数，从而提高了标定速度、缩短产品研发的周期，进而降低产品的研发成本。

显示单元，用于本系统的信息显示；

使用时，通过输入单元输入相关信息，包括输入待标定发动机CFD仿真计算模型的各待标定建模参数、各已标定建模参数及各已标定建模参数的初值；信息处理单元接收通过输入单元输入的相关信息，并通过所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用所述的显示单元显示该得出的标定结果。

本发明还提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定装置，包括用户标定终端，该用户标定终端包括壳体、设置在壳体内的信息处理单元、以及设置在壳体上的输入单元和显示单元，其中：

显示单元，用于本标定装置的信息显示；

使用时，通过该用户终端完成对发动机CFD仿真计算模型的标定，具体地，通过壳体上的输入单元输入相关信息，包括输入待标定发动机CFD仿真计算模型的各待标定建模参数、各已标定建模参数及各已标定建模参数的初值；壳体内的信息处理单元接收通过输入单元输入的相关信息，并通过所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用壳体上的显示单元显示该得出的标定结果。使用便利，较为实用。

综上，本发明将正交优化方法引入到发动机的仿真计算模型的标定过程中，可减少测试试验的次数，从而可提高标定速度、缩短了产品研发的周期，降低了产品的研发成本。

具体实施方式2：

本实施方式2提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法，在本具体实施方式中，有2～5个待标定参数、且各参数不全在同一个发动机CFD仿真物理过程中。

步骤S1:获取待标定发动机CFD仿真模型的待标定建模参数及各已标定建模参数，如mixing model parameter、chemical reaction time、soot production constant等，并获取上述各已标定建模参数的初值，如令mixing model parameter为0.3、chemicalreaction timie为10000等。鉴于已标定建模参数多达上百个，此处不再一一列举，本领域技术人员可进行相应赋值。

基于上述的各个组分的质量守恒方程，即基于

其中r_i为组分w_i的源项，

当针对组分Soot的守恒方程，其源项r_soot模型中：只有一个待标定参数SootProduction Constant，可令其为k；另有喷雾模型喷雾相关参数injection shift为待标定参数，可令其为l；选取任意一个已标定建模参数C_μ与k、l组成当前待标定因素组。该当前待标定因素组包括C_μ与k、l三个待标定因素，其中包括待标定建模参数k和l，以及一个已标定建模参数C_μ。

其中，所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，依据其发生的先后顺序依然包括发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程和燃烧过程。

依据所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，划分当前待标定建模参数的分组：soot分组(即燃烧过程分组)和喷雾破碎过程分组两个分组(划分出的该两个分组对应出下文表4中所述的关于soot排放的仿真值及关于扭矩的仿真值的两个相应的字段)。

步骤S2：统计所述待标定建模参数的数量n＝3，且判定有3<n<6，之后执行步骤S3；

步骤S3、将各待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后执行步骤S4；

步骤S4：初始化当前标定次数X初值X0＝1，之后执行步骤S5；

在本具体实施方式的步骤S5中，设定当前待标定因素组的三个因素的水平数均为3，其中设定：k的3个水平值分别为1000,5000,9000；l三个值分别为5,10,15；C_μ为已标定参数(数值详见表3)其三个水平值在后续所有的步骤中均保持不变。

之后依据当前待标定因素组中因素的数量及水平数，建立正交表L₉(3³)。

其中，在该步骤S6中，当前待标定因素组的待标定因素k的水平值，是基于预先设定的该因素的水平值的中间值及波动范围而设定的，在本实施方式中，对于k：预先设定其中间值为5000、波动范围为±4000；对于l：预先设定其中间值为10、波动范围为±5,具体如表3所示。

表3正交测试用例表

步骤S7：获取当前待标定因素组中各待标定建模参数所属的分组，基于上述生成的正交测试用例表表3中的测试用例及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由上述获取的各分组对应出的相应物理过程的相应指标的仿真值；之后分别通过公式

计算该正交测试用例表3中各测试用例的仿真综合值Y，并将上述计算出的各测试用例的仿真综合值Y对应写入所述的正交测试用例表，如表4所示，其中：

表4计算结果分析

步骤S8：通过正交分析方法，对上述正交测试用例表中的仿真综合值Y进行分析，确定出当前标定因素组中的最佳测试用例W₀,并判定确定出的该最佳测试用例W₀是否在当前的正交测试用例表中：若不在当前的正交测试用例表中，则基于上述确定出的最佳测试用例W₀及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由当前待标定因素组中各待标定因素所属的分组对应出的相应物理过程的相应指标的仿真值，之后通过上述公式①计算该最佳测试用例W₀的仿真综合值Y₀＝0.01％，并继续执行步骤S9；

其中，在该步骤S8中：将上表中的正交测试用例分别输入到CFD仿真计算模型中进行计算，并将计算值与预先设定的相应试验值(详见表4)进行正交分析，判定k的水平1对应的水平值最佳、l的水平3对应的水平值最佳，该组合方案位于已有的正交算例中，详见表4中序号3对应的正交方案3，该正交方案3为本实施方式的最佳测试用例W₀。

步骤s9、计算的值，并判定的值与上述Y₀＝0.01％的大小关系，若则执行步骤S11；否则判定所述当前循环标定次数X的大小：且若X＝X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且标定结果作废；若X>X0，则当前待标定因素组的标定过程结束，且当前最优用例中对应的各待标定因素的值即为当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值。而在本实施方式中，基于表4有

从而有成立，进而执行步骤S10。

步骤S10、确定出上述当前确定出的最佳测试用例W₀即为本实施方式当前待标定因素组的最优测试用例W₀(表4中序号为3的正交方案3)，即为本实施方式当前待标定因素组的最优测试用例W₀，之后执行步骤J。此时k的水平值为1000、l的水平值为15。

步骤S11：当前循环标定次数X的值增1，即有X＝2；之后执行步骤S12；

步骤S12：将所述最优用例W₀中对应的各待标定因素的值，分别作为当前待标定因素组中相应待标定因素的水平的新的中间值，并将当前待标定因素组中相应待标定因素的相应波动范围分别缩小30％后作为新的波动范围，并基于所形成的新的中间值及新的波动范围，为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定水平值；之后基于所重新确定的相关待标定建模参数的各水平值，重复执行上述步骤s6～s10,直至标定过程结束。

综上，将k的三个水平值依序重新设定为100、1000、3800，将l值的三个水平值依序重新设定为11.5、15、18.5；C_μ为已标定参数，其三个水平值均保持不变，均为0.09。之后重新执行步骤G3-G6。

最终经过数轮筛选后，标定的k值为2260，l值为12.55，对应的综合仿真值为0.005％，判定精确度为I级。

显示单元，用于本系统的信息显示；

该发动机CFD仿真计算模型的标定系统具有所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法的全部作用，为简化申请文件的结构，在此不再赘述。此外使用时，通过输入单元输入相关信息，包括输入待标定发动机CFD仿真计算模型的各待标定建模参数、各已标定建模参数及各已标定建模参数的初值；信息处理单元接收通过输入单元输入的相关信息，并通过所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用所述的显示单元显示该得出的标定结果。

显示单元，用于本标定装置的信息显示；

该发动机CFD仿真计算模型的标定装置具有所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法的全部作用，为简化申请文件的结构，在此不再赘述。此外，该发动机CFD仿真计算模型的标定装置便于携带，使用便利。其使用时，通过该用户终端完成对发动机CFD仿真计算模型的标定，具体地，通过壳体上的输入单元输入相关信息，包括输入待标定发动机CFD仿真计算模型的各待标定建模参数、各已标定建模参数及各已标定建模参数的初值；壳体内的信息处理单元接收通过输入单元输入的相关信息，并通过所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用壳体上的显示单元显示该得出的标定结果。使用便利，较为实用。

具体实施方式3：

本实施方式3提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法，在本具体实施方式中，有14个待标定建模参数、且各待标定建模参数不全在同一个发动机CFD仿真物理过程中。

步骤§1:获取待标定发动机CFD仿真模型的待标定建模参数及各已标定建模参数，如mixing model parameter、chemical reaction time、C₁等，并获取上述已标定建模参数的初值，如零令mixing model parameter为0.3、chemical reaction timie为10000等。由于已标定建模参数的数量较多，甚至多达上百个，此处不再一一列举，本领域技术人员可依据实际情况进行赋值。

待标定建模参数为C_μ,C_ε1,C_ε2,σ_ε,C₁,C₂,C₄,C₅,C₆,C_τ,C₁₁,A,τ_r,B，共计14个，依据各待标定建模参数涉及的物理过程，可分为湍流、喷雾、颗粒扩散、燃烧4个分组，接下来将解释一下各个参数的物理意义，并根据其对应的物理过程的先后顺序进行优先级的划分。

在本实施方式中，所述源项r_i、雷诺应力-ρ<u_i'u'_j>、热源项热传导系数λ依序表示为：

r_i＝r_i(C_μ,C_ε1,C_ε2,σ_ε；C₁,C₂,C₄,C₅,C₆；C_τ,C₁₁；A,τ_r,B；p)，

-ρ<u_i'u'_j>_i＝f(C_μ,C_ε1,C_ε2,σ_ε；C₁,C₂,C₄,C₅,C₆；C_τ,C₁₁；A,τ_r,B；p)，

\overset{\cdot}{q} = \overset{\cdot}{q} (C_{μ}, C_{ϵ 1}, C_{ϵ 2}, σ_{ϵ}; C_{1}, C_{2}, C_{4}, C_{5}, C_{6}; C_{τ}, C_{11}; A, τ_{r}, B; p),

λ＝λ(C_μ,C_ε1,C_ε2,σ_ε；C_τ,C₁₁；C₁,C₂,C₄,C₅,C₆；p)，

其中，在上述四个计算公式中，待标定建模参数包括：C_μ、C_ε1、C_ε2、σ_ε，为湍流模型的待标定建模参数；C₁、C₂、C₄、C₅、C₆，为喷雾破碎模型的待标定建模参数；C_τ与C₁₁，为湍流作用下颗粒扩散模型的待标定建模参数；A、τ_r、B，为燃烧模型的待标定建模参数。此外，在上述公式中，p代表所有已经确定值的建模参数，即p代表已标定建模参数(初值如表3-1表示)。

依据所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，划分该待标定建模参数的分组依次为：发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程和燃烧过程。

步骤§2：统计所述待标定建模参数的数量n＝14，因6≤n，之后执行步骤§3。

步骤§3、统计步骤§1中所涉及的各分组的数量m以及各分组中含有的待标定建模参数的数量P，并判定数量m的大小：若m＝1，则采用具体实施方式2中的标定方法对待标定建模参数进行标定；若m﹥1,则执行步骤§4。

步骤§4、依据上述待标定发动机CFD仿真计算模型中所涉及的各物理过程发生的先后顺序，依序设定上述m个分组的待标定优先级1、2、3和4，即设定发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程与燃烧过程的待标定优先级依序是1、2、3和4；之后分别获取上述统计的各分组中含有的待标定建模参数的数量P，并执行步骤§5。

其中，所述发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程与燃烧过程的待标定建模参数的数量P依序依次为4、5、2、3。

步骤§5、依据待标定优先级递增的顺序遍历上述各待标定优先级对应的未被标定过的分组，并分别判定当前遍历到的待标定优先级对应分组中的待标定建模参数的数量P的大小：若P≥3，则将当前遍历到的分组中的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后参照本申请具体实施方式2中的步骤S4～S13的进行标定(标定的方法是一样的，仅有相关数值得的差异)；若1≤P﹤3，则从步骤§1中所述的已标定建模参数中任选2个参数，与当前遍历到的分组中的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后参照本申请具体实施方式1中的步骤s4～s13进行后续标定(标定的方法是一样的，仅有相关数值得的差异)。

其中，所述的依据待标定优先级递增的顺序遍历上述各待标定优先级对应的未被标定过的分组，指的是，首先标定其待标定优先级为1的物理过程(或分组)中的待标定建模参数，待该分组标定完成之后，再标定其待标定优先级为2的物理过程(或分组)中的待标定建模参数，之后再依序标定待标定优先级为3和4的物理过程(或分组)中的待标定建模参数。

表3-1已标定建模参数及其初值

其中，在本实施方式中，首先标定属于发动机CFD仿真的湍流过程的各待标定建模参数：C_μ,C_ε1,C_ε2,σ_ε：

获取该湍流过程对应的待标定建模参数C_μ、C_ε1、C_ε2、σ_ε的数量P＝4≥3。

因P＝4≥3，将当前遍历到的分组中的待标定建模参数组成一当前待标定因素组，之后参照本申请具体实施方式2中的步骤S4～S13的进行标定(标定的方法是一样的，仅有相关数值得的差异)。其中，标定过程中建立正交表L₉(3³)，并为该当前待标定因素组的4个因素的各水平分别赋值，并形成正交测试用例表(表3-2)。

表3-2

序号	C_μ	C_ε1	C_ε2	σ_ε
					1	0.05	1	1	1
2	0.05	2	2	2
					3	0.05	3	3	3
4	0.1	1	2	3
					5	0.1	2	3	1
6	0.1	3	1	2
					7	0.15	1	3	2
8	0.15	2	1	3
					9	0.15	3	2	1

此外，基于上述实施方式2及本实施方式的表3-2，本实施方式当前标定过程中形成的带有仿真计算结果的正交测试用例表如表3-3所示。

表3-3仿真计算结果

通过正交分析方法，对表3-3中的仿真综合值Y进行分析，确定当前标定因素组中的最佳测试用例W₀为表3-3中所示的“最优值”对应的用例，该用例不属于所述的正交测试用例。

基于上述确定出的该最佳测试用例W₀(即表3-3中的“最优值”对应的用例)及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由上述当前待标定因素组中的待标定因素确定出的各分组对应的相应物理过程对应的相应指标的仿真值；之后通过本申请具体实施方式2中的公式①计算该最佳测试用例W₀的仿真综合值Y₀，且该Y₀＝1.87％。

又基于表3-3，有

明显有成立，因此该最佳测试用例W₀为当前待标定因素组的最优用例。

最终经过数轮筛选后，C_μ、C_ε1、C_ε2、σ_ε的值由0.1、2、2、2变为0.065、0.3、0.3、1.3，对应的CFD计算爆压值为14.92，综合值Y_v为0.5％，因此Y_v≤1％，所以判定其标定的精度等级为I级。

之后对喷雾破碎模型的待标定建模参数C₁、C₂、C₄、C₅、C₆进行标定，标定过程与上述对湍流模型的四个待标定建模参数的标定过程相类似，为使说明书简洁，在此不再赘述，本领域技术人员可基于上述文字的描述进行实现。

之后对湍流作用下颗粒扩散模型的待标定建模参数进行标定。湍流作用下颗粒扩散模型的待标定建模参数的数量P＝2，选取任意两个已标定建模参数，与该湍流作用下颗粒扩散模型的两个待标定建模参数组成当前待标定因素组，之后的处理方式与本申请的具体实施方式1的处理方式相同，本领域技术人员可基于上述相关文字的描述进行实现，为使说明书简洁，在此不再赘述。

最后是对燃烧模型的待标定建模参数A、τ_r、B进行标定，鉴于其待标定参数数量为3个，该三个待标定参数组成一个新的待标定因素组，其具体标定过程与上述具体实施方式2相同，本领域技术人员可基于上述相关文字的描述进行实现，为使说明书简洁，在此不再赘述。

综上，本发明将正交优化方法引入到发动机的仿真计算模型的标定过程中，能够减少测试试验的次数，从而可缩短产品研发的周期，进而可降低产品的研发成本。

且实践证明，本发明能够提高标定速度，尤其是在待标定建模参数数量相对较多的情况下，使用优势更为明显，较为实用。

本实施方式还提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定系统，包括：

显示单元，用于本系统的信息显示；

此外，本实施方式还提供了一种发动机CFD仿真计算模型的标定装置，包括用户标定终端，该用户标定终端包括壳体、设置在壳体内的信息处理单元、以及设置在壳体上的输入单元和显示单元，其中：

显示单元，用于本标定装置的信息显示；

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims

1.一种发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，包括：

步骤A1、依据所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，划分各待标定建模参数所属的分组；

步骤D、统计步骤A中所涉及的各分组的数量m、以及各分组中含有的待标定建模参数的数量P，并判定数量m的大小：若m＝1，则执行步骤E；若m﹥1,则执行步骤F；

步骤G、初始化当前标定次数X的初值X0，之后执行步骤G1；

步骤G4、获取当前待标定因素组中各待标定建模参数所属的分组，基于上述生成的正交测试用例表中的测试用例及所述的待标定发动机CFD仿真计算模型，分别计算由上述获取的各分组对应出的各相应物理过程的相应指标的仿真值；

步骤G5、分别通过公式

步骤H1、若步骤H中计算出的仿真综合值Y满足以下关系式

步骤J、将当前循环标定次数X的值增加1，之后执行步骤J1；

2.根据权利要求1所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，在步骤A1中，所述待标定发动机CFD仿真计算模型所涉及的仿真物理过程，依据其发生的先后顺序包括发动机CFD仿真的湍流过程、喷雾破碎过程、颗粒扩散过程和燃烧过程。

3.根据权利要求1或2所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，在步骤G1中，所述的当前待标定因素组中的每个因素的水平数均为3。

4.根据权利要求1或2所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，在步骤J1中，所述的为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定的各水平值均满足：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。

5.根据权利要求1或2所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，在步骤J2中的X>X0时，所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法还包括步骤J3，对当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值进行验证的步骤。

6.根据权利要求5所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，其特征在于，步骤J3中对当前待标定因素组中相应待标定因素的标定值进行验证的步骤为：

7.一种发动机CFD仿真计算模型的标定系统，其特征在于，包括：

显示单元，用于本系统的信息显示；

信息处理单元，与所述的输入单元和显示单元相连，通过上述权利要求1或2所述的发动机CFD仿真计算模型的标定方法，对通过所述输入单元输入的信息进行相关运算与处理，得出标定结果，并调用所述的显示单元显示该得出的标定结果。

8.根据权利要求7所述的发动机CFD仿真计算模型的标定系统，其特征在于，在所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法的步骤J1中，所述的为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定的各水平值均满足：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。

9.一种发动机CFD仿真计算模型的标定装置，其特征在于，包括用户标定终端，该用户标定终端包括壳体、设置在壳体内的信息处理单元、以及设置在壳体上的输入单元和显示单元，其中：

显示单元，用于本标定装置的信息显示；

10.根据权利要求9所述的发动机CFD仿真计算模型的标定装置，其特征在于，在所述发动机CFD仿真计算模型的标定方法的步骤J1中，所述的为当前待标定因素组的各待标定因素重新设定的各水平值均满足：当重新设定的当前待标定因素的当前水平的正负号与该当前待标定因素的当前水平的上一水平的正负号相反时，重置该重新设定的当前待标定因素的水平为该重新设定的当前待标定因素的水平的新的中间值的10％。