CN110889209A - 一种润滑油加温仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种润滑油加温仿真方法，涉及车辆冷起动加温技术领域。本发明提供了一种润滑油加温仿真方法，通过润滑油箱加温实验获得传热系数随温度变化的关联式，建立润滑油加温性能仿真模型，基于实验获得的传热系数关联式，完成模型物性参数设置，进行润滑油加温过程仿真模拟，在模拟结果与加温实验结果一致情况下，求解不同加温时间下润滑油加温过程温度分布，完成润滑油加温过程仿真模拟。通过对润滑油加温过程进行仿真模拟，对润滑系统的优化设计提供理论指导，从而减小润滑油箱体积，提升系统效率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆冷起动加温技术领域，更具体地，涉及一种润滑油加温仿真方法。
背景技术
在车辆冷起动过程中，加温效果以及加温过程中的温度分布与外界环境温度、加热功率以及油箱加温蛇形管设计方案等因素密切相关。如果设计参数以及加温蛇形管结构设计匹配不合理，一方面会导致整车系统加温效果差，加温时间长；另一方面会导致润滑油箱加温蛇形管尺寸大，油箱空间体积大，导致动力舱内无效空间加大，功率密度下降。
而在现有的润滑油箱加热设计中，一直沿用传统的经验公式，只能粗略估算系统所需的加热功率，计算误差较大，为防止系统设计不满足车辆冷起动过程的加温要求，导致系统设计裕度较大，润滑油箱体积偏大，导致动力舱内无效空间加大，功率密度下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计了一种润滑油加温仿真方法，对润滑系统的优化设计提供理论指导，从而减小润滑油箱体积，提升系统效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种润滑油加温仿真方法，包括：
步骤1：进行润滑油加温过程模拟实验，包括：
步骤1.1：在润滑油箱内不同位置布置温度传感器；
步骤1.2：通过测量获得相应测点处温度随时间的变化曲线；
步骤2：基于步骤1的实验结果拟合形成传热系数随温度变化的关联式，包括：
步骤2.1：通过测量获得的温度随时间的变化曲线，综合加热量，根据牛顿冷却公式，计算不同测点处不同温度情况下的传热系数；
步骤2.2：根据计算结果形成传热系数随温度变化的曲线；
步骤2.3：采用曲线拟合方法获得传热系数随温度变化的关联式；
步骤3：基于步骤2得到的传热系数关联式建立润滑油加温性能仿真模型，包括：
步骤3.1：通过三维离散工具导入三维CAD数据模型；
步骤3.2：建立多坐标系方向的多个分割面分离实体部件；
步骤3.3：通过分割面将实体模型离散化为多个质量单元；
步骤3.4：通过离散化将三维模型转化为一维性能仿真模型；
步骤3.5：根据实际几何结构以及离散的质量单元个数建立油箱加热管路模型；
步骤3.6：建立每个质量单元与加热管路之间的连接；
步骤3.7：定义管路入口与出口边界条件；
步骤3.8：基于步骤2.3形成的传热系数关联式设置质量单元物性参数；
步骤3.9：形成完整的润滑油加温仿真模型；
步骤4：进行润滑油加温过程模拟仿真，包括：
步骤4.1：保持仿真过程环境温度、加热量以及加温时间与实验一致，模拟得到润滑油加温过程的温度分布；
步骤4.2：基于得到的温度分布判断与加温实验测试得到的温度是否一致，若一致，则进行步骤5，否则修正所述传热系数关联式后，再次进行步骤2；
步骤5求解不同条件下润滑油加温过程温度分布，包括：
步骤5.1：求解相同环境温度、不同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.2：求解不同环境温度、相同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.3：进行综合考虑外界环境温度、加温时间以及加温过程温度分布的润滑油加温多目标优化求解。
优选地，步骤1.1中，所述不同位置包括距离加温蛇形管近端、远端以及二者位置中间值处这几个特征位置。
优选地，步骤2.3中，所述曲线拟合方法为高斯逼近曲线拟合方法。
优选地，步骤2.3中，所述曲线拟合方法为插值法、磨光法以及最小二乘法中的一种。
优选地，步骤3.3中，所述多个质量单元包括距离加温蛇形管近端、远端以及二者位置中间值处这几个特征位置所对应的实验测试点。
优选地，步骤3.8中，所述设置质量单元物性参数包括设置质量单元属性为实验使用的对应润滑油。
优选地，步骤5.3中，所述润滑油加温多目标优化求解方法包括直接解法和间接解法。
优选地，所述直接解法为单变量多目标优化算法、线性多目标优化算法以及可行集有限时优序法中的一种。
优选地，所述间接解法为神经网络、遗传算法以及模拟退火算法中的一种。
优选地，步骤5.3中，基于DOE方法进行综合考虑外界环境温度、加温时间以及加温过程温度分布的润滑油加温多目标优化求解。
(三)有益效果
本发明的润滑油加温仿真方法，通过润滑油箱加温实验获得传热系数随温度变化的关联式，建立润滑油加温性能仿真模型，基于实验获得的传热系数关联式，完成模型物性参数设置，进行润滑油加温过程仿真模拟，在模拟结果与加温实验结果一致情况下，求解不同加温时间下润滑油加温过程温度分布，完成润滑油加温过程仿真模拟。该方案具有以下优点：
(1)通过对润滑油加温过程进行仿真模拟，对润滑系统的优化设计提供理论指导，合理设计加温蛇形管结构，提升系统效率。
(2)通过系统结构优化设计，减小润滑油箱体积，减少动力舱内无效空间，提升功率密度。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的润滑油加温仿真方法流程图；
图2是根据本发明的实施例的包含加温蛇形管的长方形润滑油箱模型示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明的润滑油加温仿真方法流程图，如图1所示，通过润滑油箱加温实验获得传热系数随温度变化的关联式，建立润滑油加温性能仿真模型，基于实验获得的传热系数关联式，完成模型物性参数设置，进行润滑油加温过程仿真模拟，在模拟结果与加温实验结果一致情况下，求解不同加温时间下润滑油加温过程温度分布，完成润滑油加温过程仿真模拟。
为更好地理解本发明提供的技术方案，下面以长方形油箱润滑油加温为例，具体描述该润滑油加温仿真方法。需指出的是，以下实施例仅用于描述本发明，不用于对本发明的限制。
图2所示为根据本发明实施例的包含加温蛇形管的长方形润滑油箱模型示意图。如图2所示，该模型包括由润滑油箱、加温蛇形管以及润滑油组成的系统。其中，润滑油箱为油箱外壳1，加温蛇形管为组合加温管路2。
根据本发明实施例的润滑油加温仿真方法，包括以下步骤。
步骤1：进行润滑油加温过程模拟实验，包括：
步骤1.1：在润滑油箱内距离加温蛇形管近端、远端以及二者位置中间值处3个典型特征位置布置温度传感器；
步骤1.2：通过测量获得相应测点处温度随时间的3条变化曲线；
步骤2：基于步骤1的实验结果拟合形成传热系数随温度变化的关联式，包括：
步骤2.1：通过测量获得的温度随时间的变化曲线，综合加热量，根据牛顿冷却公式，计算不同测点处不同温度情况下的传热系数；
步骤2.2：根据计算结果形成3条传热系数随温度变化的曲线；
步骤2.3：采用高斯逼近曲线拟合方法获得传热系数随温度变化的关联式；
步骤3：基于步骤2得到的传热系数关联式建立润滑油加温性能仿真模型，包括：
步骤3.1：通过三维离散工具导入三维CAD数据模型；
步骤3.2：建立2个坐标系方向的5个分割面(3个Y方向和2个Z方向)分离实体部件；
步骤3.3：通过分割面将实体模型离散化为多个质量单元；
步骤3.4：通过离散化将三维模型转化为一维性能仿真模型；
步骤3.5：根据实际几何结构以及离散的质量单元个数建立油箱加热管路模型；
步骤3.6：建立每个质量单元与加热管路之间的连接；
步骤3.7：定义管路入口与出口边界条件；
步骤3.8：基于步骤2.3形成的传热系数关联式设置质量单元物性参数，主要是设置质量单元属性为实验使用的对应润滑油；
步骤3.9：形成完整的润滑油加温仿真模型；
步骤4：进行润滑油加温过程模拟仿真，包括：
步骤4.1：保持仿真过程环境温度、加热量以及加温时间与实验一致，模拟得到润滑油加温过程的温度分布；
步骤4.2：判断仿真结果与实验结果是否一致，如果实验测点温度与仿真模型对应质量单元温度偏差小于3℃，判断仿真结果与实验结果一致，则进行步骤5；否则，则判断仿真结果与实验结果不一致，修正所述传热系数关联式后，再次进行步骤2。
步骤5：求解不同条件下润滑油加温过程温度分布，包括：
步骤5.1：求解相同环境温度、不同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.2：求解不同环境温度、相同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.3：基于DOE方法进行综合考虑外界环境温度、加温时间以及加温过程温度分布的润滑油加温多目标优化求解。
根据本发明实施例的润滑油加温仿真方法具有以下优点：
(1)通过对润滑油加温过程进行仿真模拟，对润滑系统的优化设计提供理论指导，合理设计加温蛇形管结构，提升系统效率。
(2)通过系统结构优化设计，减小润滑油箱体积，减少动力舱内无效空间，提升功率密度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种润滑油加温仿真方法，其特征在于，包括：
步骤1：进行润滑油加温过程模拟实验，包括：
步骤1.1：在润滑油箱内不同位置布置温度传感器；
步骤1.2：通过测量获得相应测点处温度随时间的变化曲线；
步骤2：基于步骤1的实验结果拟合形成传热系数随温度变化的关联式，包括：
步骤2.1：通过测量获得的温度随时间的变化曲线，综合加热量，根据牛顿冷却公式，计算不同测点处不同温度情况下的传热系数；
步骤2.2：根据计算结果形成传热系数随温度变化的曲线；
步骤2.3：采用曲线拟合方法获得传热系数随温度变化的关联式；
步骤3：基于步骤2得到的传热系数关联式建立润滑油加温性能仿真模型，包括：
步骤3.1：通过三维离散工具导入三维CAD数据模型；
步骤3.2：建立多坐标系方向的多个分割面分离实体部件；
步骤3.3：通过分割面将实体模型离散化为多个质量单元；
步骤3.4：通过离散化将三维模型转化为一维性能仿真模型；
步骤3.5：根据实际几何结构以及离散的质量单元个数建立油箱加热管路模型；
步骤3.6：建立每个质量单元与加热管路之间的连接；
步骤3.7：定义管路入口与出口边界条件；
步骤3.8：基于步骤2.3形成的传热系数关联式设置质量单元物性参数；
步骤3.9：形成完整的润滑油加温仿真模型；
步骤4：进行润滑油加温过程模拟仿真，包括：
步骤4.1：保持仿真过程环境温度、加热量以及加温时间与实验一致，模拟得到润滑油加温过程的温度分布；
步骤4.2：基于得到的温度分布判断与加温实验测试得到的温度是否一致，若一致，则进行步骤5，否则修正所述传热系数关联式后，再次进行步骤2；
步骤5求解不同条件下润滑油加温过程温度分布，包括：
步骤5.1：求解相同环境温度、不同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.2：求解不同环境温度、相同加温时间情况下润滑油加温过程温度分布；
步骤5.3：进行综合考虑外界环境温度、加温时间以及加温过程温度分布的润滑油加温多目标优化求解。
2.根据权利要求1所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤1.1中，所述不同位置包括距离加温蛇形管近端、远端以及二者位置中间值处这几个特征位置。
3.根据权利要求1所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤2.3中，所述曲线拟合方法为高斯逼近曲线拟合方法。
4.根据权利要求3所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤2.3中，所述曲线拟合方法为插值法、磨光法以及最小二乘法中的一种。
5.根据权利要求3所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤3.3中，所述多个质量单元包括距离加温蛇形管近端、远端以及二者位置中间值处这几个特征位置所对应的实验测试点。
6.根据权利要求5所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤3.8中，所述设置质量单元物性参数包括设置质量单元属性为实验使用的对应润滑油。
7.根据权利要求6所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤5.3中，所述润滑油加温多目标优化求解方法包括直接解法和间接解法。
8.根据权利要求7所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，所述直接解法为单变量多目标优化算法、线性多目标优化算法以及可行集有限时优序法中的一种。
9.根据权利要求8所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，所述间接解法为神经网络、遗传算法以及模拟退火算法中的一种。
10.根据权利要求9所述的润滑油加温仿真方法，其特征在于，步骤5.3中，基于DOE方法进行综合考虑外界环境温度、加温时间以及加温过程温度分布的润滑油加温多目标优化求解。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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