AVL燃烧分析及在标定的应用培训
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基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟程清波;卢莉莉;耿莉敏;王城【摘要】对于柴油机来说,燃烧过程的好坏直接影响着发动机的动力性、经济性和排放性.文章运用CFD软件AVL-Fire对某柴油机的燃烧过程进行仿真模拟,建立燃烧室三维模型,划分计算网格,选择合适的计算模型,初始条件,边界条件进行数值计算,并对仿真结果进行描述,分析其速度场、温度场和压力场,为燃烧室优化设计提供参考.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P28-29)【关键词】柴油机;仿真;燃烧室;燃烧过程【作者】程清波;卢莉莉;耿莉敏;王城【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U467.310.16638 /ki.1671-7988.2016.11.011CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-28-02 发动机缸内燃烧过程研究是内燃机设计与研发领域的关键部分。
近年来,随着计算流体力学的发展与进步,国内外各研究机构都开展了相应的研发计划,数值模拟技术愈来愈成为发动机研发者青睐的方法,并引领着发动机的进步与革新。
目前,发动机缸内燃烧数值模拟的研究已取得一定成果。
本文采用奥地利AVL公司开发的内燃机燃烧模拟专用CFD软件Fire,分析柴油机的缸内燃烧情况,以期进行改进[1]。
1.1 三维模型的建立及网格划分根据某柴油机的实际形状,以Fire软件中的ESE Diesel模块为平台,适当简化建立燃烧室的二维平面模型,由于活塞是对称形状,燃烧室的一半如图1所示:使用Fire软件ESE Diesel模块生成网格,网格质量较高。
ESE Diesel模块会根据需要对燃烧室部分区域网格进行细化,以达到较好的计算效果,三维立体动网格由平面网格旋转得到,所选柴油机是四孔喷油器,为了简化计算模型,取整个燃烧室的1/4为计算域,网格数为31324个[2]。
A VL Fire软件的使用教程点1.Number of closure levels是指的细化程度。
2.●准备stl 文件(Pro/E 模型save as) 0-3 天取决于CAD 模型的好坏● 建立2D 初始拓扑网格 4 天用MSC/Patran 或Hypermesh● 产生3D 初始拓扑网格半天用MSC/Patran 或Hypermesh● 用FAME 完成网格 1 天 AVL FAME● 检查调整网格质量(付体积、雅可比等)半天 AVL FAME● 修正坏单元( 分成四面体单元等方法) 半天用MSC/Patran 或Hypermesh。
这是AVL 进行项目分析时的一个参照时间。
由于后期可能会进行10-20 个改动方案的计算,以便确定最优方案,所以只要在原初始拓扑的基础上稍加改动,便可产生新的优质网格,大大缩减改动方案的网格划分所需时间。
同时由于六面体的计算机资源也占用得少,计算速度也快,大大加快了项目的分析进度。
工程师可把主要时间用于接触定义、边界定义和结果处理等,将精力集中在优化设计方案的分析和筛选上。
可用MSC/Patran 或Hypermesh 做初始拓扑,网格能匀称地跨越几何表面为佳(一般网格节点离表面2mm 左右).用于EXCITE 悬置振动响应计算的整机网格,控制在1 万单元以内;EXCITE 噪声计算的网格控制在5 万单元以内,可使用与壳单元的联合网格。
静力分析(变形和应力)中,切割出CAD 模型的分析区,比如:可以是半个缸体,也可以是整个机体裙部和油底壳等,由分析目标而定。
根据结构做不同拉伸方向的拓扑,最后完成的网格一般可控制在80-100 万以内。
3.网格质量的检查过程与注意的问题:1】在工作域上选择体积网格。
2】在FH 应用工具栏的info 中选择Checks。
3】Required checks 这一栏里的选项是必须要检查的,选择上所有的选项,如下图所示,在Recommended checks这一栏中是推荐用户进行选择的。
2020年7月AVL Simulation Suite是AVL公司推出的一款功能强大的仿真套件,包含了AVL BOOST、AVL CRUISE、CRUISE M、AVL FIRE、AVL EXCITE等多个仿真模块,其中AVL BOOST完全集成的IC引擎仿真软件,能够提供先进的模型,可以准确预测发动机性能,排气管排放和声学;AVL CRUISE是一种灵活的车辆传动系统模拟解决方案;CRUISE M是一种多学科的车辆系统仿真工具,可以在办公室中用于动力总成概念分析,子系统设计和虚拟组件集成;AVL FIRE则是用于内燃机的领先的计算流体动力学(CFD)模拟软件包,是开发电动动力总成主要组件的有力工具。
新版本的AVL Simulation Suite 2019 R2带来了全新的功能和改进,可以大幅度的提高用户的工作效率。
主要准备数据⏹几何结构◆管道数据,包括管道的长度,直径,弯曲半径◆汽缸数据,包括缸径,冲程,压缩比,连杆长度,活塞销偏心,气道表面积,缸头表面积,活塞表面积,气门座直径,气门升程,气门间隙◆中冷器结构及流动性能参数◆涡轮增压器的涡轮机和压气机的map 图◆空滤器结构及流动性能参数◆催化转化器结构及流动参数⏹试验数据◆试验过程中的环境压力和温度◆试验的油耗,功率,扭矩◆试验的涡轮机数据,包括涡前涡后的温度和压力以及压前压后的温度和压力软件界面介绍菜单栏快捷方式当前模型元件树元件库(双击可将元件加载到模型区域)模型区域信息栏主要元件介绍在page setup 中定义图形纸张的大小,方向,节点的大小和节点单位等软件操作基本步骤步骤1 :图形建模1. 将元件布置到建模区域2. 用管道连接各个元件3. 布置测量点4. 确定计算充气效率的参考点步骤2 :输入参数1. 全局参数2. 各个元件的参数步骤3 :计算模型步骤4 :分析计算结果,改进模型1、图形建模充气效率参考点注意管路方向测量点操作说明:⏹双击Element元件可对模块参数进行定义单击选中模块后可以移动和缩放⏹调整连接管道位置时,按下Shift可以关闭节点对齐功能⏹元件位置的微调要按住shift,R键可以旋转⏹管道连接时:黑色点表示流体接口,蓝色点表示信号连接,橙色点表示机械连接,绿色点表示后处理管路连接⏹管道连接时注意管道的方向,一般应与流动方向一致⏹凡是元件有方向性时,其连接点时带有方向的三角形⏹选中元件连接节点,拖动鼠标可以将连接点移动到合适的位置Copy Data元件参数设置时,有相同结构参数的多个元件可采用copy data功能减少数据输入的工作量◆选中元件◆Element菜单可用◆选择Copy Data◆在弹出的窗体中copy参数给相同对象2、输入参数2、输入参数-全局参数全局参数模型计算任务计算收敛控制循环仿真(换气、性能相关)后处理仿真(排放相关)NVH仿真(噪音相关)2、输入参数-全局参数全局参数计算收敛控制模型管道网格精度定义物质性质⏹Classic是缺省设置,主要用于常用的发动机的工作过程计算,在这种设置下程序在这种设置下程序在这种设置下程序在这种设置下程序所考虑的物质成分是燃烧产物,新鲜空气和燃油蒸汽⏹General 用户自定义物质成分,并且也可以自定义各物质之间的反应方程以及反应系数,对应某些化学反应速率不能忽视的燃烧概念比如HCCI ,可以应用这种方式,另外也能够定义详细的排放物生成反应模型。
奥地利AVL、德国FEV、英国Ricardo、美国Southwest Research Institute,并称内燃机设计咨询业内四巨头,他们对于发动机的设计都各有各的计算评价标准而且都为行业所认同。
简介如下:1 SwRI- Engine, Emission and Vehicle Research (美国西南研究院1947 年)全名:Southwest Reserch Institute中文名:美国西南研究院,发动机、排放和车辆研究所成立年份:1947年总部:得克萨斯州,圣安东尼奥San Antonio, Texas美国西南研究院——SwRI成立于1947年,是一家独立的、非赢利性质的应用技术研发机构。
研究院拥有3200多名员工,总部位于美国德克萨斯州圣安东尼奥市,占地1200多英亩,其中近200万英尺的最先进的实验室及各类试验设施、车间和办公用地。
2009财年总收入为5.64亿美元。
美国西南研究院在美国和世界多地设有办事处,以及时反映客户需求和更好地服务本地客户。
发动机、排放和车辆研究所(Engine, Emissions and Vehicle Research Division)是美国西南研究院的一个重要技术部门,具有当前行业顶级的研发能力、世界一流的设备及工程技术人员为客户提供各种技术服务。
部门提供的服务包括:发动机、变速器和传动系统的设计和分析柴油和天然气发动机开发与研制传动控制系统的开发与研制摩托车和小型发动机技术的开发与研制变速器及车辆的开发与研制2 AVL List(奥地利1948年)全名: Anstalt fur Verbrennungskraftmaschinen List中文名:AVL李斯特,李斯特内燃机及测试设备公司全球总部:奥地利格拉茨Graz, Austria创始人:Prof. Dr. h.c. Helmut List. 创立年份:1948年李斯特内燃机及测试设备公司(AVL List GmbH)成立于1948年,3,100名员工。
AVL BOOST软件简介AVL BOOST是一个为建立整台发动机的模型而开发的一套模拟程序。
它不仅可以在设计阶段预测发动机的稳态性能,而且还可以分析成型发动机的热力学过程。
模拟的目标是减少在昂贵的试验台架上的投资,并且可以在计算机上用一种或更多种能应用于实际的产品更换原来的机型。
它可以进行一维发动机工作过程模拟(包括实际循环模拟、换气过程模拟)计算,使用户建立一个完整的发动机模型(包括各种附件,例如空气滤、EGR系统等),进行发动机稳态及瞬态性能方面计算,同时可以优化进、排气系统等一些影响性能的主要零部件的设计。
该软件可以应用在下列范围:♦各种发动机草案的对比♦在不损害功率输出,扭矩和燃油消耗的情况下优化组件的几何形状,例如进气系统,排气系统,气门尺寸等。
♦优化气门正时和凸轮型线♦增压系统的设计♦声学♦发动机瞬态性能的评价(加速/加载,减速/卸载)AVL BOOST已经应用于很多种种发动机的开发和优化任务。
该软件包括交互式预处理程序、主程序和后处理程序三部分。
预处理程序:提供了基于windows技术基础上的图形界面,它包含一个模型编辑器,所需数据由模型编辑器指导输入。
建立发动机的计算模型时,先用鼠标从菜单中选择出所需的模块,然后用管件把它们连接起来。
由于有大量的模块可供使用,用这种方式可以模拟较复杂的发动机配置。
主程序:为所有可应用的模块提供了理想的模拟算法。
管道流动采用一维模拟,通过解气体动力学方程得出管道横截面上的压力,温度和流速的平均值。
流动损失由于受三维空间的影响,在发动机的特定位置通过适当的流量系数加以考虑。
后处理程序:对模拟的大量结果进行分析。
想要显示的数据可以从计算模型图中直接选取。
后处理程序为计算结果的分析提供下列形式:信息分析:程序在运行时信息可以根据信息类型,模块或曲轴转角来分类。
瞬态分析:每一循环计算的平均值可以根据循环号或时间来进行显示。
图形分析:图形显示的是模拟的最后一个循环的结果,横坐标为曲轴转角,纵坐标为各种发动机指标(包括发动机功率、扭矩、油耗等)。