一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固耦合換熱分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固耦合換熱分析法是一種間接耦合計(jì)算方法，目前比較著名的內(nèi)燃機(jī)研發(fā)公司如AVL與FEV都在使用此方法，此法將流體區(qū)域與固體區(qū)域分開(kāi)建模并劃分網(wǎng)格。具體計(jì)算過(guò)程中，先進(jìn)行流體區(qū)域的單獨(dú)計(jì)算，這時(shí)流體與固體交界面使用假設(shè)的溫度邊界條件，計(jì)算能夠得到準(zhǔn)確的流場(chǎng)和壓力場(chǎng)以及基于假設(shè)溫度邊界的交界面對(duì)流換熱系數(shù)(HTC)和壁面參考換熱溫度；將上面得到的交界面HTC和壁面參考換熱溫度作為邊界條件加入固體區(qū)域的單獨(dú)計(jì)算，從而得到新的流體與固體交界面的溫度邊界，可再次代入流體區(qū)域進(jìn)行新一輪計(jì)算。如此進(jìn)行幾輪計(jì)算，交換數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，即可獲得較為準(zhǔn)確的流體區(qū)域和固體區(qū)域的溫度場(chǎng)。但是，這種間接耦合計(jì)算方法存在以下不足:整個(gè)計(jì)算花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，以500萬(wàn)網(wǎng)格規(guī)模的計(jì)算域?yàn)槔惠喌挠?jì)算時(shí)間為8至12個(gè)小時(shí)，4，5輪計(jì)算將花費(fèi)近3天時(shí)間；整個(gè)計(jì)算中，流體域與固體域間接交換數(shù)據(jù)，兩套網(wǎng)格不能共節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)交換會(huì)出現(xiàn)失真，計(jì)算殘差只能控制在5%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，來(lái)解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問(wèn)題。
[0004]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，其包括如下步驟:
[0006]S101、流體域與固體域統(tǒng)一建模；
[0007]S102、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格；
[0008]S103、流體域與固體域之間設(shè)定耦合面用于交換溫度數(shù)據(jù)。
[0009]特別地，所述步驟SlOl包括:基于原始固體結(jié)構(gòu)表面分割出流固耦合面，封閉流固耦合面得到流體域，使計(jì)算域中同時(shí)存在固體域和流體域。
[0010]特別地，所述步驟S103包括:耦合面設(shè)定有獨(dú)立的網(wǎng)格尺寸，計(jì)算中流體域與固體域均無(wú)需設(shè)定耦合面條件，在計(jì)算中耦合面會(huì)自動(dòng)交換數(shù)據(jù)。
[0011]本發(fā)明提出的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法將流體域與固體域統(tǒng)一建模、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格，耦合面上完全共節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)交換便捷且零失真。以500萬(wàn)網(wǎng)格規(guī)模的計(jì)算域?yàn)槔?，一次?jì)算所耗總時(shí)間僅為3至4小時(shí)，計(jì)算殘差可以控制在1%。之內(nèi)。與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固耦合換熱分析法相比，本發(fā)明計(jì)算流程簡(jiǎn)單，減少了整機(jī)水套流固耦合換熱分析的時(shí)間，提高了計(jì)算精度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容，除非另有定義，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0014]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法流程圖。
[0015]本實(shí)施例中發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法包括如下步驟:
[0016]S101、流體域與固體域統(tǒng)一建模。基于原始固體結(jié)構(gòu)表面分割出流固耦合面，封閉流固耦合面得到流體域，使計(jì)算域中同時(shí)存在固體域和流體域。
[0017]S102、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格。
[0018]S103、流體域與固體域之間設(shè)定耦合面用于交換溫度數(shù)據(jù)?；诓襟ESlOl所得到的幾何結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)格，耦合面設(shè)定獨(dú)立的網(wǎng)格尺寸。設(shè)定計(jì)算時(shí)，流體域與固體域都不需要設(shè)定耦合面條件，在計(jì)算中耦合面會(huì)自動(dòng)交換數(shù)據(jù)，其他的邊界條件設(shè)置與間接耦合法一致。
[0019]需要說(shuō)明的是，基于目前較為通用的CFD商業(yè)軟件(如FLUENT，STAR-CCM+)，就能實(shí)現(xiàn)流固耦合面的分割，流體域的封閉，耦合面的單獨(dú)設(shè)置和自動(dòng)交換數(shù)據(jù)。從而在一次計(jì)算中同時(shí)獲得固體域與流體域的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案中流體域與固體域統(tǒng)一建模，與現(xiàn)有的間接耦合法相比，保證了耦合面的空間重合度，確保了兩個(gè)區(qū)域網(wǎng)格的貼合；流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格，與現(xiàn)有的間接耦合法在兩套軟件環(huán)境下分別劃分網(wǎng)格相比，保證了耦合面的網(wǎng)格尺寸的絕對(duì)統(tǒng)一，節(jié)點(diǎn)的幾何位置也絕對(duì)一致，這樣數(shù)據(jù)交換時(shí)不再需要進(jìn)行插值計(jì)算，交換的數(shù)據(jù)不會(huì)失真；流體域與固體域之間設(shè)定耦合面用于交換溫度數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有的間接耦合法相比，交換數(shù)據(jù)更加便捷，不用將數(shù)據(jù)在兩種軟件環(huán)境下進(jìn)行轉(zhuǎn)移并進(jìn)行多輪計(jì)算，只需要在單一軟件環(huán)境下一次計(jì)算便可以得到結(jié)果。本發(fā)明簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固耦合換熱分析法的計(jì)算流程，減少了整機(jī)水套流固耦合換熱分析的時(shí)間，提高了計(jì)算精度。本發(fā)明將流體域與固體域統(tǒng)一建模、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格，耦合面上完全共節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)交換便捷且零失真。以500萬(wàn)網(wǎng)格規(guī)模的計(jì)算域?yàn)槔?，一次?jì)算所耗總時(shí)間僅為3至4小時(shí)，計(jì)算殘差可以控制在I %。之內(nèi)。
[0021]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過(guò)以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，其特征在于，包括如下步驟: 5101、流體域與固體域統(tǒng)一建模； 5102、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格； 5103、流體域與固體域之間設(shè)定耦合面用于交換溫度數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，其特征在于，所述步驟SlOl包括:基于原始固體結(jié)構(gòu)表面分割出流固耦合面，封閉流固耦合面得到流體域，使計(jì)算域中同時(shí)存在固體域和流體域。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，其特征在于，所述步驟S103包括:耦合面設(shè)定有獨(dú)立的網(wǎng)格尺寸，計(jì)算中流體域與固體域均無(wú)需設(shè)定耦合面條件，在計(jì)算中耦合面會(huì)自動(dòng)交換數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固直接耦合換熱分析方法，包括如下步驟：S101、流體域與固體域統(tǒng)一建模。S102、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格。S103、流體域與固體域之間設(shè)定耦合面用于交換溫度數(shù)據(jù)。本發(fā)明將流體域與固體域統(tǒng)一建模、流體域與固體域統(tǒng)一劃分網(wǎng)格，耦合面上完全共節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)交換便捷且零失真。與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)水套流固耦合換熱分析法相比，本發(fā)明計(jì)算流程簡(jiǎn)單，減少了整機(jī)水套流固耦合換熱分析的時(shí)間，提高了計(jì)算精度。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN104951629
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510414000
【發(fā)明人】張進(jìn), 朱可, 趙霄鵬, 洪進(jìn)
【申請(qǐng)人】無(wú)錫沃爾福汽車技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日