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航空发动机一维仿真指的是什么

归档日期:08-03       文本归类:仿真      文章编辑:爱尚语录

  在关注一颗行星的公转运动时,它可以随时变成一个质点,这时候我们仅仅关注它的质量、速度。

  当我们关注的是这颗行星的自转运动时,它就变成了一颗真正的星球,我们发现它的表面、它的里面任何一个点的速度都是不一样的。

  零维仿真是把一个封闭的空间看成一个质点,质点在这里指的就是发动机的气缸,大多时候零维指的都是一种燃烧模型。它假设发动机缸内所有过程都是均匀的,在任意一个特定的时刻,缸内任何一个点的温度、压力都是一样的,化学成分也都是一样的,也就是把整个缸内的空间都浓缩成一个点,这个点用来表示整个气缸的状态,这个点的参数只随时间的变化而变化。

  这种仿真对边界条件的控制比较依赖经验,如果没有试验数据的支撑,模型很难是靠谱的。

  一维仿真可以匹配零维来使用的,零维把“燃烧”的这部分空间封闭起来,但实际上气缸不是一个孤立的系统,存在着工质的进、出过程,在工质从流入缸内,到流出缸内这样的一条路线上,每个点的状态都是不一样的,排气温度总得比进气高吧,诸如此类,所以在这样一条能量传输的路线上,每个点都可以单独计算出自己的状态,也就是把所有的管道都看成是一条线,线上的每一个点彼此之间状态可以不同,可以相互影响,都随时间变化而变化。

  但事实是这条能量传输的路线是各种各样的管道,管道是有直径的,管道里的任何一个截面上,距离圆心不同的点状态可能是不同的,也就是整个截面上的任何一个点都可以单独计算出自己的结果,这时候就是所谓的二维和三维仿真了,可以计算出空间内任何一个点的状态。

  如果只针对管道某一处的截面进行分析,就是二维仿真,比如缸体燃烧仿真时,会假设同一个高度距离气缸轴心距离相同的位置状态是一样的,为了简化计算,就沿气缸轴心纵向切出一个截面做分析;如果针对一个数模的整个空间形状进行仿真,就是三维仿真了。

  前者的软件比如GT-Power,比如FlowMaster,一般写入了庞大的经验公式群,然后建立起比较友好的交互界面,和Excel写公式的道理是差不多的,当然它也没有那么简单,这么复杂的运算Excel处理不来,软件本身值钱的地方在于经验公式的内涵,有输入就可以得到准确的输出。

  当然,教科书或者论文里,可以找到这种公式的理论依据,我们自己也可以用Excel VBA,用Matlab去做仿真,但是没有千千万万次的试验,得不到准确的经验系数,结果的参考意义比较有限。

  后者的软件比如Abaqus,比如Star-ccm+,需要做网格前处理,由于可以得到空间内任何一个节点的值,结果比较直观。

  总结下前后者的用途,前者的应用主要是性能的开发和模拟,假如关注的是整体的性能,比如发动机烧多少燃料,输出多少功,用的一般是零维和一维;后者的应用主要是CAE/CFD/NVH等等,如果关注的是整体中的区别,比如缸体哪个位置温度比较高,哪个位置受力比较大,哪个地方最脆弱,使用的一般是二维和三维。

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