CN108875235B - 汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法及装置，属于汽车发动机技术领域。所述方法包括：获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格；获取分析命令，分析命令包含计算流体动力学CFD分析脚本的标识；在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出所述待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果。所述装置包括：第一获取模块、第二获取模块和调用模块。

Description

汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别涉及一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法及装置。

背景技术

汽车发动机的水套(Water Jackets)指汽车发动机的气缸体的内外壳之间、以及汽车发动机的气缸盖的内外壳间之间的空腔，空腔内具有循环流动的冷却液。水套的作用是对汽车发动机散热，具体是分别将气缸盖内的燃烧室和气缸体内壁的热能通过热传导转移到冷却液。

水套的三维稳态传热性能的好坏，直接关系到汽车发动机的冷却效果，进而影响汽车发动机的性能和使用寿命。目前，基于计算流体动力学(Computational FluidDynamics，简称CFD)，对水套的三维稳态传热性能进行分析的方法，已经越来越多地用于水套的设计开发当中。

发明内容

本发明实施例提供了一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法及装置，能够通过CFD分析脚本实现水套的整个三维稳态传热性能分析过程。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法，所述方法包括：

获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格；

获取分析命令，所述分析命令包含计算流体动力学CFD分析脚本的标识；

在所述分析命令的指示下，基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出所述待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果。

可选地，所述实体模型包括若干子模型，所述若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型，

所述基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，包括：

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，各个所述子模型的体网格的网格尺寸为各个所述子模型的体网格的预设网格尺寸，所述体网格用于将各个所述子模型划分为多个子单元；

按照设定的运行参数，对所述待分析的水套的运行状态进行模拟，所述运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及所述体网格的边界参数，所述边界参数包括所述水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个所述水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值；

当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个所述子模型的子单元，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到所述待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，三维稳态传热性能的分析结果包括所述缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个所述缸的缸体水套壁面子模型和各个所述缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

可选地，在所述获取分析命令之前，所述方法还包括：

获取所述待分析的水套对应的体网格的边界参数；

将所述CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的所述待分析的水套对应的体网格的边界参数。

可选地，所述基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，包括：

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格；

分别对所述水套进口子模型和各个所述水套出口子模型的体网格进行拉伸，所述水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个所述水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向，水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为所述水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个所述水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个所述水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

可选地，所述采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，包括：

以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

另一方面，提供了一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格；

第二获取模块，用于获取分析命令，所述分析命令包含计算流体动力学CFD分析脚本的标识；

调用模块，用于在所述分析命令的指示下，基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出所述待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果。

可选地，所述实体模型包括若干子模型，所述若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型，

所述调用模块，用于，基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，各个所述子模型的体网格的网格尺寸为各个所述子模型的体网格的预设网格尺寸，所述体网格用于将各个所述子模型划分为多个子单元；

按照设定的运行参数，对所述待分析的水套的运行状态进行模拟，所述运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及所述体网格的边界参数，所述边界参数包括所述水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个所述水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值；

当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个所述子模型的子单元，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到所述待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，三维稳态传热性能的分析结果包括所述缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个所述缸的缸体水套壁面子模型和各个所述缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

可选地，所述装置还包括更改模块：

更改模块，用于获取所述待分析的水套对应的体网格的边界参数；将所述CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的所述待分析的水套对应的体网格的边界参数。

可选地，所述调用模块，用于，

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格；

分别对所述水套进口子模型和各个所述水套出口子模型的体网格进行拉伸，所述水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个所述水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向，水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为所述水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个所述水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个所述水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

可选地，所述调用模块，用于，

以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格，实体模型和实体模型的面网格为CFD分析的源数据，为后续CFD分析提供了数据支持；获取分析命令，分析命令包含CFD分析脚本的标识，在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用分析命令包含的CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果；这样，通过CFD分析脚本就实现了水套的整个三维稳态传热性能分析过程，整个分析过程无需人为介入，分析效率高，由于CFD分析脚本是预先设置好的，因此整个分析过程不易发生错误，而且不同型号的水套均可以采用该CFD分析脚本进行分析，能保证不同分析工程师之间分析结果的一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法流程图；

图2是本发明实施例提供的又一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法流程图；

图3是本发明实施例提供的实体模型的子模型的示意图；

图4是本发明实施例提供的调用CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能进行分析的方法流程图；

图5-图7是本发明实施例提供的一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法，参见图1，该方法流程包括如下步骤。

步骤101、获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格。

汽车发动机的水套指汽车发动机的气缸体的内外壳之间、以及汽车发动机的气缸盖的内外壳间之间的空腔。其中，对应于汽车发动机的气缸数量，可以将水套的整体结构划分为各个缸的缸体水套壁面、各个缸的缸盖水套壁面、缸垫孔、水套进口、以及各个水套出口。基于汽车发动机的型号不同，一些型号汽车发动机的水套出口可以包括增压器出口、暖风出口和散热器出口共3个出口，而另一些型号汽车发动机的水套出口除了包括前述3个出口之外，还可以包括废气循环(Exhaust Gas Recirculation，简称EGR)出口和油冷器出口。基于水套的整体结构划分，实体模型包括若干子模型，若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型。

其中，面网格为二维网格，本实施例中面网格可以是封闭的面网格。封闭的面网格指没有自由边、且没有网格穿透的二维网格。

步骤102、获取分析命令。

其中，分析命令包含CFD分析脚本的标识。

步骤103、在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果。

本发明实施例通过获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格，实体模型和实体模型的面网格为CFD分析的源数据，为后续CFD分析提供了数据支持；获取分析命令，分析命令包含CFD分析脚本的标识，在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用分析命令包含的CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果；这样，通过CFD分析脚本就实现了水套的整个三维稳态传热性能分析过程，整个分析过程无需人为介入，分析效率高，由于CFD分析脚本是预先设置好的，因此整个分析过程不易发生错误，而且不同型号的水套均可以采用该CFD分析脚本进行分析，能保证不同分析工程师之间分析结果的一致性。

图2示出了本发明实施例提供的又一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法。参见图2，该方法流程包括如下步骤。

步骤201、生成CFD分析脚本。

CFD分析脚本可以通过CFD分析软件支持的计算机语言编辑得到。CFD分析脚本包括多个CFD分析软件提供的功能函数的标识、以及各个功能函数包含的输入参数或输出参数。当CFD分析软件调用CFD分析脚本时，CFD分析软件可以自动执行该CFD分析脚本包含的功能函数的标识对应的功能函数。其中，CFD分析软件提供的功能函数的标识可以基于CFD分析软件生产商提供的应用程序编程接口(Application Programming Interface，简称API)指南获得。

在本实施例中，CFD分析脚本包括体网格生成函数信息、模拟函数信息、以及分析函数信息。

其中，体网格生成函数信息包括体网格生成函数的标识和各个子模型的体网格的网格尺寸，网格尺寸为体网格生成函数的输入参数。体网格生成函数用于，指示CFD分析软件基于实体模型的面网格和各个子模型的体网格的网格尺寸，生成各个子模型的体网格。

其中，模拟函数信息包括模拟函数的标识和运行参数，运行参数为模拟函数的输入参数。模拟函数用于，指示CFD分析软件按照设定的运行参数，对待分析的水套的运行状态进行模拟。水套的运行状态具体是指冷却液从水套进口流入，经水套内的空间流动后，从水套各个出口流出的过程。

其中，分析函数信息包括分析函数的标识和需监控的三维稳态传热性能参数，需监控的三维稳态传热性能参数为分析函数的输出参数。分析函数用于，指示CFD分析软件在待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

其中，各个子模型的体网格的网格尺寸为各个子模型的体网格的预设网格尺寸，预设网格尺寸可以由分析工程师基于大量试验数据得到。体网格的设置是以子模型设置，不同子模型的体网格的网格尺寸可以相同也可以不同。运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及体网格的边界参数。边界参数包括水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值。需监控的三维稳态传热性能参数包括，缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。可选地，需监控的三维稳态传热性能参数还包括，各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的速度云图。速度云图可以反映冷却液的流速，换热系数云图可以反映换热系数。

优选地，CFD分析脚本还包括体网格拉伸函数信息。体网格拉伸函数信息包括体网格拉伸函数的标识和水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格拉伸长度。体网格拉伸长度为体网格拉伸函数信息的输入参数。水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，预设网格拉伸长度可以由分析工程师基于大量试验数据得到。体网格拉伸函数用于，指示CFD分析软件基于水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格拉伸长度，对水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格进行拉伸。

优选地，分析函数信息还包括计算迭代步数，计算迭代步数为分析函数的输入参数。计算迭代步数为预设计算迭代步数，可以由分析工程师基于大量试验数据得到。分析函数用于，指示CFD分析软件以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

如前所示，面网格为二维网格，体网格是在面网格的基础上生成的，体网格为三维网格。面网格用于为体网格提供指定形状的网格边界。具体地，当面网格是四边形时，体网格是六面体；当面网格是三边形时，体网格是四面体。网格尺寸指体网格的各个网格大小，用于表示体网格的细化程度。网格拉伸主要针对水套进、出口子模型。

可选地，各个子模型的体网格的预设网格尺寸均为0.5mm～2mm。水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度为，水套进口子模型的体网格的边界的直径长度的4～6倍；水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度为，水套出口子模型的体网格的边界的直径长度的4～6倍。图3中示出了散热器出口子模型M7的网格拉伸长度L。

设定的运行参数中，各个缸的缸体水套壁面温度均为90℃；各个缸的缸盖水套壁面温度均为110℃。

冷却液的物理属性包括冷却液的成分、初始温度和初始压力。冷却液的成分可以为，水和乙二醇混合物，两者的体积比为50：50；初始温度为100℃，初始压力为2bar。

边界参数中，水套进口子模型的质量流量和温度可以为指定型号的汽车发动机的水套进口的质量流量和温度；各个水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以分别为指定型号的汽车发动机的各个水套出口的体积流量与水套进口总流量的比值。例如，以某型号的汽车发动机为例，水套进口子模型的质量流量可以为1.7654(Kg/S)，水套进口子模型的温度可以为100℃，散热器出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以为0.714，暖风出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以为0.238，增压器出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以为0.048，EGR出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以为0，油冷器出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值可以为0.1474。

预设计算迭代步数可以是2000步。计算迭代步数指数值分析时的迭代次数。计算迭代步数较多时，计算精度高，但影响计算效率，CFD分析软件需要较长的计算时间。计算迭代步数较少时，虽然计算时间减少但影响计算精度。当计算迭代步数是2000步时，一方面，保障了计算精度，另一方面，保障了计算效率。

需要说明的是，在本实施例中，CFD分析脚本可以适用于任何一种汽车发动机的水套。

步骤202、获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格。

其中，实体模型包括若干子模型，各个子模型具有不同标识。这样，可以使CFD分析软件基于标识区分各个子模型。若干子模型包括，各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型。

以下介绍实体模型和实体模型的面网格的来源。

首先，建立待分析的水套的实体模型。实体模型也称数学模型或几何模型，可以由设计工程师在Pro/Engineer软件中建立。

其次，将建立的实体模型导入前处理软件中，按照CFD分析脚本中子模型的类别，对实体模型进行分组，得到各个子模型，并按照CFD分析脚本中各个子模型的标识分别对各个子模型进行命名。

参见图3，分组包括，将实体模型M分为各个缸的缸体水套壁面子模型M1、各个缸的缸盖水套壁面子模型M2、缸垫孔子模型M3、水套进口子模型M4、以及各个水套出口子模型。其中，缸体水套壁面子模型M1和缸盖水套壁面子模型M2的数量与发动机包含的气缸数量一致，缸垫孔子模型M3的数量与发动机包含的缸垫孔的数量一致。各个水套出口子模型可以包括增压器出口子模型M5、暖风出口子模型M6和散热器出口子模型M7。可选地，各个水套出口子模型还可以包括EGR出口子模型、以及油冷器出口子模型(图3未示出)。在完成分组后，分别对各个子模型进行命名，以使各个子模型具有不同标识。

需要说明的是，CFD分析脚本中子模型的类别是基于分析结果需要设定的。在实际应用中，分析工程师可以按照需求更改CFD分析脚本中子模型的类别，比如将某个或某几个子模型再进行细分，这样将得到更多的子模型。例如，可以将各个缸的缸体水套壁面子模型划分为各个缸的缸体水套的缸间位置子模型和其余部分子模型，各个缸的缸盖水套壁面子模型划分为各个缸的缸盖水套的排气门鼻梁区位置子模型和其余部分子模型。相对应地，在子模型的类别发生更新时，CFD分析脚本还应包括更新的子模型对应的网格尺寸、运行参数、边界参数、和需监控的三维稳态传热参数。

前处理软件可以是Hypermesh软件。

然后，在前处理软件中，为实体模型划分面网格，得到实体模型的面网格。

需要说明的是，面网格是针对整个实体模型划分，而不是针对各个子模型分别划分。

在完成对实体模型进行分组和划分面网格之后，分析工程师在CFD分析软件中导入待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格。

CFD分析软件获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格。CFD分析软件指三维CFD计算软件，如Star-CCM+软件。

步骤203、获取待分析的水套对应的体网格的边界参数。

不同型号的汽车发动机的水套可能具有不同的边界参数。为了提高分析精确度，可以基于待分析的水套，获取待分析的水套的实体模型的体网格的边界参数。在应用中，待分析的水套的实体模型的体网格的边界参数可以由冷却系统工程师通过一维冷却系统分析得到。

步骤204、将CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的待分析的水套对应的体网格的边界参数。

在获取待分析的水套的实体模型的体网格的边界参数之后，启动CFD分析脚本，将获取的待分析的水套的实体模型的体网格的边界参数输入至CFD分析脚本，并提交保存。

需要说明的是，步骤203和步骤204为可选步骤。在一些实施例中，可以在步骤202之后直接执行步骤205，这时，待分析的水套的实体模型的体网格的边界参数为CFD分析脚本包含的原始边界参数。

步骤205、获取分析命令。

其中，分析命令包含CFD分析脚本的标识。该CFD分析脚本的标识可以是CFD分析脚本的存储路径。

分析工程师在CFD分析软件中导入待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格之后，通过CFD分析软件提供的功能菜单提交分析命令。具体地，功能菜单中设置有“提交分析”的子菜单，在该子菜单中，具有“脚本路径”选项。分析工程师通过“脚本路径”选项提供CFD分析脚本的存储路径，然后点击该子菜单包括的“确定分析”按钮，触发CFD分析软件获取分析命令。

步骤206、在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用CFD分析脚本的标识指示的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果。

参见图4，本步骤206包括如下步骤2061～步骤2065。

步骤2061、在分析命令的指示下，基于实体模型的面网格，生成各个子模型的体网格。

其中，各个子模型的体网格的网格尺寸为各个子模型的体网格的预设网格尺寸。

步骤2062、分别对水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格进行拉伸。

其中，水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向。水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

在进行体网格拉伸后，相比于待分析的水套的进、出口(实物)的长度，水套进、出口子模型的长度要长一些，增长的长度即为相应的预设网格拉伸长度。网格拉伸是为增长水套进、出口管道的长度，能够避免在模拟冷却液在水套中流动时，进、出口的冷却液发生回流现象。

体网格用于将实体模型的各个子模型分为许多子单元，具体地，体网格中一个单独的网格对应一个子单元，不同的网格对应不同的子单元。这些子单元的集合将替代真实的水套，便于后续的数值分析。

步骤2063、按照设定的运行参数，对待分析的水套的运行状态进行模拟。

本步骤2063的内容可以参见步骤201。

步骤2064、当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个子模型的子单元，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果。

数值分析方法的工作原理为，将CFD控制方程分别离散到体网格划分的各个子单元上，对各个子单元对应的CFD控制方程进行联合求解，进而得到整个水套的近似解。需要说明的是，CFD控制方程由CFD分析软件提供。

可选地，步骤2064包括，以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

步骤2065、输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果。

待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果包括，缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

基于最终输出的待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，可以确定待分析的水套的三维稳态传热性能是否满足优化目标。当待分析的水套的三维稳态传热性能未满足优化目标时，应对待分析的水套进行优化设计。当待分析的水套的三维稳态传热性能满足优化目标时，可以按照待分析的水套的当前设计，开始生产该待分析的水套。其中，优化目标可以是，在冷却液的流量为100L/min时，水套的压损小于60KPa，并且，各个缸的换热系数均值之间的偏差小于10％。待分析的水套的压损可以基于缸垫孔子模型的体积流量和水套进、出口子模型的压差获取，待分析的水套的换热系数均值之间的偏差可以基于各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图获取。

可选地，待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果还包括，各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的速度云图。分析工程师可以基于速度云图评估水套的流量场是否满足设计需求。

本发明实施例通过获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格，实体模型和实体模型的面网格为CFD分析的源数据，为后续CFD分析提供了数据支持；获取分析命令，分析命令包含CFD分析脚本的标识，在分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用分析命令包含的CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果；这样，通过CFD分析脚本就实现了水套的整个三维稳态传热性能分析过程，整个分析过程无需人为介入，分析效率高，由于CFD分析脚本是预先设置好的，因此整个分析过程不易发生错误，而且不同型号的水套均可以采用该CFD分析脚本进行分析，能保证不同分析工程师之间分析结果的一致性。

图5示出了一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置，参见图5，该装置包括第一获取模块501、第二获取模块502和调用模块503。

第一获取模块501，用于获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格。

第二获取模块502，用于获取分析命令，分析命令包含CFD分析脚本的标识。

调用模块503，用于在第二获取模块获取的分析命令的指示下，基于获取的实体模型和实体模型的面网格，调用CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果。

可选地，实体模型包括若干子模型，若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型。

调用模块503用于，基于实体模型的面网格，生成各个子模型的体网格，各个子模型的体网格的网格尺寸为各个子模型的体网格的预设网格尺寸，体网格用于将各个子模型划分为多个子单元；按照设定的运行参数，对待分析的水套的运行状态进行模拟，运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及体网格的边界参数，边界参数包括水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值；当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个子模型的子单元，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，三维稳态传热性能的分析结果包括缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个缸的缸体水套壁面子模型和各个缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

可选地，调用模块503，用于，以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

可选地，调用模块503，用于，基于实体模型的面网格，生成各个子模型的体网格；分别对水套进口子模型和各个水套出口子模型的体网格进行拉伸，水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向，水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

可选地，参见图6，该装置还包括更改模块504。

更改模块504，用于获取待分析的水套对应的体网格的边界参数；将CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的待分析的水套对应的体网格的边界参数。

需要说明的是：上述实施例提供的汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置在分析汽车发动机的水套的三维稳态传热性能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

图7示出了本发明实施例提供的又一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置。具体来讲，该装置可以是计算机300。计算机300包括中央处理单元(CPU)301、包括随机存取存储器(RAM)302和只读存储器(ROM)303的系统存储器304，以及连接系统存储器304和中央处理单元301的系统总线305。计算机300还包括帮助计算机内的各个器件之间传输信息的基本输入/输出系统(I/O系统)306，和用于存储操作系统313、应用程序314和其他程序模块315的大容量存储设备307。

基本输入/输出系统306包括有用于显示信息的显示器308和用于用户输入信息的诸如鼠标、键盘之类的输入设备309。其中显示器308和输入设备309都通过连接到系统总线305的输入输出控制器310连接到中央处理单元301。基本输入/输出系统306还可以包括输入输出控制器310以用于接收和处理来自键盘、鼠标、或电子触控笔等多个其他设备的输入。类似地，输入输出控制器310还提供输出到显示屏、打印机或其他类型的输出设备。

大容量存储设备307通过连接到系统总线305的大容量存储控制器(未示出)连接到中央处理单元301。大容量存储设备307及其相关联的计算机可读介质为计算机300提供非易失性存储。也就是说，大容量存储设备307可以包括诸如硬盘或者CD-ROM驱动器之类的计算机可读介质(未示出)。

不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他固态存储其技术，CD-ROM、DVD或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备。当然，本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器304和大容量存储设备307可以统称为存储器。

根据本发明的各种实施例，计算机300还可以通过诸如因特网等网络连接到网络上的远程计算机运行。也即计算机300可以通过连接在系统总线305上的网络接口单元311连接到网络312，或者说，也可以使用网络接口单元311来连接到其他类型的网络或远程计算机系统(未示出)。

上述存储器还包括一个或者一个以上的程序，一个或者一个以上程序存储于存储器中，被配置由CPU 301执行。当CPU 301执行存储器中的程序时，可以实现前述图1或图2实现的操作。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由计算机300的中央处理单元301加载并执行以完成图1或图2实现的操作。例如，计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格；

获取分析命令，所述分析命令包含计算流体动力学CFD分析脚本的标识；

在所述分析命令的指示下，基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出所述待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果；

其中，所述实体模型包括若干子模型，所述若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型，

所述基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，包括：

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，各个所述子模型的体网格的网格尺寸为各个所述子模型的体网格的预设网格尺寸，所述体网格用于将各个所述子模型划分为多个子单元；

按照设定的运行参数，对所述待分析的水套的运行状态进行模拟，所述运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及所述体网格的边界参数，所述边界参数包括所述水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个所述水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值；

当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个所述子模型的子单元，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到所述待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，三维稳态传热性能的分析结果包括所述缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个所述缸的缸体水套壁面子模型和各个所述缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取分析命令之前，所述方法还包括：

获取所述待分析的水套对应的体网格的边界参数；

将所述CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的所述待分析的水套对应的体网格的边界参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，包括：

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格；

分别对所述水套进口子模型和各个所述水套出口子模型的体网格进行拉伸，所述水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个所述水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向，水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为所述水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个所述水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个所述水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，包括：

以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

5.一种汽车发动机的水套的三维稳态传热性能分析装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取待分析的水套的实体模型和实体模型的面网格；

第二获取模块，用于获取分析命令，所述分析命令包含计算流体动力学CFD分析脚本的标识；

调用模块，用于在所述分析命令的指示下，基于获取的所述实体模型和所述实体模型的面网格，调用所述CFD分析脚本的标识对应的CFD分析脚本对所述待分析的水套进行三维稳态传热性能分析，得到并输出所述待分析的水套的三维稳态传热性能分析结果；

其中，所述实体模型包括若干子模型，所述若干子模型包括各个缸的缸体水套壁面子模型、各个缸的缸盖水套壁面子模型、缸垫孔子模型、水套进口子模型、以及各个水套出口子模型，

所述调用模块，用于，基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格，各个所述子模型的体网格的网格尺寸为各个所述子模型的体网格的预设网格尺寸，所述体网格用于将各个所述子模型划分为多个子单元；

按照设定的运行参数，对所述待分析的水套的运行状态进行模拟，所述运行参数包括各个缸的缸体水套壁面温度、各个缸的缸盖水套壁面温度、冷却液的物理属性、以及所述体网格的边界参数，所述边界参数包括所述水套进口子模型的质量流量和温度、以及各个所述水套出口子模型的体积流量与水套进口总流量的比值；

当待分析的水套的运行状态达到三维稳态传热时，基于各个所述子模型的子单元，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析，得到所述待分析的水套的三维稳态传热性能的分析结果，三维稳态传热性能的分析结果包括所述缸垫孔子模型的体积流量，水套进、出口子模型的压差，以及、各个所述缸的缸体水套壁面子模型和各个所述缸的缸盖水套壁面子模型的换热系数云图。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括更改模块：

所述更改模块，用于获取所述待分析的水套对应的体网格的边界参数；将所述CFD分析脚本中的体网格的边界参数更改为获取的所述待分析的水套对应的体网格的边界参数。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调用模块，用于，

基于所述实体模型的面网格，生成各个所述子模型的体网格；

分别对所述水套进口子模型和各个所述水套出口子模型的体网格进行拉伸，所述水套进口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流入方向的反方向，各个所述水套出口子模型的体网格的拉伸方向为冷却液流出方向，水套进口子模型的体网格的网格拉伸长度为所述水套进口子模型的体网格的预设网格拉伸长度，各个所述水套出口子模型的体网格的网格拉伸长度为各个所述水套出口子模型的体网格的预设网格拉伸长度。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调用模块，用于，

以预设计算迭代步数为数值分析方法的计算迭代步数，采用数值分析方法对所述待分析的水套的三维稳态传热性能进行分析。

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