自己总结的avl-fire教程

Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

AVL—Fire 教程——整理+总结

1. AVL公司软件基本介绍： (1) 发动机性能分析软件：

Boost—— 一维发动机工作过程循环模拟分析计算

BOOST应用：BOOST是一个功能强大，截面友好的发动机稳态和瞬态性能分析软件。

它包含下述四个模块：

a． BOOST发动机性能分析模块，可以进行 l 各种发动机草案的对比

l 针对发动机输出功率、扭矩和燃油消耗的要求进行发动机部件的设计优化，例

如进气系统、排气系统、气门尺寸等 l 优化气门正时和凸轮型线

l 增压系统的设计 l 考虑整车特性和驾驶员状况对 瞬态性能评价(加速/加载、减速/减载)

l 燃烧分析工具，对试验测得的示功图进行分析得到气缸的放热率曲线

l 与优化软件ISIGHT的接口设置，进行发动机性能的优化方案的选择

l 使用非线性声学分析方法进行消音器的结构优化，这个模块中的消音器与整机

进行联合计算，因此得到的是发动机整机在特点工况下的进排气噪音 b． BOOST线性声学分析模块：

c． BOOST尾气净化装置模块

d． BOOST的热网格生成器模块(TNG)

Fame—— 自动网格生成器

FAME里基于八叉树过程的自动网格生成工具可实现又快又稳定的网格生成。网格建立

过程的算法对表面质量不敏感。只要表面的缝隙宽度不超过该处网格的大小，就不会影响网

格的自动生成。FAME也提供了一系列修补工具，可对不符合要求的CAD数据进行修正。

CAD数据一般通过STL接口读入。体网格则可以SWIFT v2，Nastran，Ideas和Star-CD的

格式读入。 网格种类和局部细化策略可由用户选择：可生成六面体，四面体或混合型网格，不同部

分的网格可通过一一对应或任意交界面方式连接。一旦选定网格生成策略，网格建成后带有

用户定义的贴体网格层数以确保计算结果的高精度。FAME Advanced Hybrid这种网格生成

工具有自动识别模型大小的功能，能有效地处理局部结构尺寸差别很大的模型，如对于模型

的某些比起其它部位要小很多的部位它能自动识别到，并作相应的网格细化。 AVL认识到CFD网格数目继续变得更大同时形状也更复杂，所以开发的FAME可实现

高性能的并行处理以充分利用多处理器计算机的优势，这样巨大数目网格的生成都可作为日

常工作进行。

Fire—— 三维CFD流体力学模拟分析计算

发动机三维流动分析软件可以求解最复杂的进气道流动、内燃机缸内流动和详细的喷雾

燃烧现象等。从而指导优化进气道形状、燃烧室结构、喷射参数和排放物生成的降低等。该

软件是集前处理，求解器和后处理于一体的软件包，在同一界面能实现三维流动分析的全过

程, 有非常友好的用户界面。

典型应用： a. 冷却水套 Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

冷却水套模拟计算早已列入发动机开发过程的常规计算。对水套的优化分析包括：

？ 如何分区生成网格以便于调整气缸垫孔径大小，快速实现流量分布的优化；

？ 近壁网格层数的选取； ？ FIRE中有预设的针对水套的计算参数模板文件；

？ 在准确预测热传导方面，除有对流换热模型，还考虑某些局部的沸腾换热，同时与

通用有限元软件可直接耦合以计算出准确的传热和温度场；

？ 先进的多相流模块使准确计算冷却水灌注的瞬态过程成为可能，这类模拟分析有助

于预测水套中残存气泡的部位，以修改结构排除局部过热的隐患。 b. 柴油机缸内喷雾燃烧

由于柴油机多采用螺旋式气道，在能给出适当的初始涡流比，初始湍流条件的情况下对

缸内流动燃烧分析往往可从进气门关闭开始，这样就可避免在计算模型中包含进气道及气门

运动，大大简化计算模型并缩短计算时间。针对不同规格柴油机设定初始条件等方面有大量

的技术know-how, 有些已写入手册，有些通过技术支持可确保用户获得。 c. 参数化的燃烧室优化工具

带有多个参数化的燃烧室结构供用户选择, 自动进行移动网格的生成,缸内瞬态流动喷

雾燃烧的计算并自动生成对结果的分析报告。之后用户可直接在界面内改变燃烧室结构参数

重新计算, 以实现对燃烧室形状的优化。

d. HCCI燃烧 FIRE领先推出HCCI(均质压燃)燃烧模型，国内已有用户成功应用FIRE进行直喷式汽

油机HCCI燃烧研究，其论文于2003年初在SAE上发表。

e. 发动机进排气系统

由于采用先进的网格生成技术，静态进气系统的建模过程可在一小时内完成。排气管内

除一般的流动传热分析外，FIRE还有专门的尾气处理模块对三元催化转化器内的流动，传热及排放物的转化进行模拟计算。国内也有FIRE用户成功进行催化器CFD模拟和试验研

究。

发动机结构分析软件：

Excite—— 非线性受迫振动模拟分析(发动机结构振动和噪音、弹性流体力学计算、曲

轴动态计算、轴承油膜计算等) Glide—— 活塞运动及机油消耗

Hydsim—— 喷油系统模拟分析计算

Tycon—— 配气机构模拟分析计算

(2) 整车分析软件

Swift—— 通用三维CFD流体力学模拟分析计算 Cruise—— 整车性能模拟分析计算

在发动机中的主要应用如下图所示。 Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

2. Fire软件界面介绍——以Fire2008为实例

图1 CfdTools 窗口

在windows操作系统下安装Fire2008，双击桌面CfdToolsv2008图标，出现对话框，如图1。

单击CFD Workflow Manager进入CFDWM界面，或者在开始菜单中打开TCSH，并输入命令 “cfdwm”，直接打开CFDWM。如图2(a)、(b)所示。

1. 窗口介绍 Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

(a)

(b) 图2 CFDWM窗口

在图形界面中的模型上点击鼠标左键，激活该模型，若双击鼠标左键，激活该模型，并弹出

模型特性窗口，如图3所示，对模型的显示特性进行相关设置。 Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

图3 模型特性窗口

若在界面中的模型上单击鼠标右键，激活该模型，并弹出界面环境子菜单，如图4所示，可

以对模型进行相关选择。

图4 环境子菜单窗口 图5界面环境子菜单窗口

在界面上直接点击鼠标右键，打开界面环境子菜单，如图5所示，此时因为未选择任何模型，子菜单相关设置是针对整个界面而言，所以copy等图标为灰色，(请自己操作比较)。在界

面上双击鼠标左键，打开界面特性菜单，与在图5中选择Properties相同。

2. 关于工程文件操作

选择Open 图标或在菜单栏中选择File/Open，可以导入一个已存在的工程文件。工程

文件被保存为.fpr格式，保存工程文件时，选择Save图标或者在菜单栏中选择File |Save (“Save as”)。保存工程文件时需要指定这个工程文件的名字：工程文件.fpr，文件名尽可能使

用英文名。把工程文件保存在任意一个路径下，此时，除了这个文件以外，CFDWM还将自

动生成两个子文件夹。所有的网格文件以 *.flm保存在Meshes文件夹里，所有的求解器的

参数包括后续的计算结果都会保存在Calculation文件夹里。

在工程目录下存在以下这些文件，如图6所示： 网格文件flm (线网格,表面网格,体网格) Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

dat 纪录CFD -WM的版本

fl2 2维结果（平均值）文件

fl3 3维结果文件 fla 求解过程的监控文件-----ascii码形式文件

flb 求解过程的监控文件-----二进制文件

ssf solver steering file----求解器参数设置文件

ssf% solver steering 文件的拷贝

图6 工程树显示图 3. 体网格划分，如图7所示

图7 体网格划分方法

对于复杂的燃烧室，进气道等模型，需要先通过三维造型软件如Catia、Pro.E等建立模型，以STL格式导入Fire中，再生成用于计算的体网格。自动划分体网格的推荐工作流程为： Generated by Unregistered Batch DOC TO PDF Converter 2010.2.301.1358, please register!

a. 导入表面网格 (STL 格式)

b. 如果需要的话，要把网格封闭，形成封闭的表面网格

c. 生成线网格（针对表面网格上一些需要精确模拟的曲线） d. 在局部细化区域和需要建立边界条件的区域建立selection.

e. 运用网格划分工具(FAME Generator)，自动生成体网格

下面具体介绍Fire软件操作，结合相关例子，并在其中讲解相关定义(如什么是面网格、

selection等)。

4. Fire软件操作

(1) 静态网格划分-------以Intake Manifold Example为例

由前面介绍也可知，进气歧管是最常见的CFD应用之一，从网格生成技巧上也是比较简单，

适合初学者初步掌握CFD简单操作。

图8 进气歧管----计算区域

问题：如图8所示，冷(此处指常温)流体(空气)以一定的质量流量从inlet Face进入计算域，

从outlet faces流出，计算该计算区域内的流动？需要指出的边界条件如下：

Inlet： l 指定的质量流量： m=0.038107 kg/s l 指定的温度： T=293.15 K

l 指定湍流条件：湍动能ε=0.02 m2/s2 ；湍流长度尺度 lt=0.001 m

Outlet: l 指定静压： p=1000000 Pa

① Meshing Strategy-------网格划分方法 为了得到一个合适的体网格（计算网格），推荐使用FAME Advanced Hybrid 网格划分

工具，它包括一个完整的自动的网格生成器。其中，对网格细化区域的定义要在划分网格之

前完成。具体步骤如下：

a.导入表面网格；

b.生成特征边缘线网格； c.进行网格划分，得到体网格；