(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211234444.2 (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 吴晗　车伟凡　王字满　李向荣　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 周蜜 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种计算发动机燃烧室隔热效能的CFD- FEM 联合仿真方法 (57)摘要 一种计算发动机燃烧室隔热效能的CFD ‑FEM 联合仿真方法， 通过建立发动机的CFD和有限元 FEM等仿真模型， 并基于各种模型间的迭代仿真， 实现数据收敛， 获取可靠的仿真数据。 该方法可 以准确的计算隔热对燃油 发动机壁面温度以及 效能的影响， 获取隔热发动机的多种性能参数。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115438551 A 2022.12.06 CN 115438551 A 1.一种计算发动机 燃烧室隔热效能的联合仿真方法， 包括以下步骤： 步骤1、 建立发动机的一维性能仿真计算模型并标定； 步骤2、 建立与步骤1所建模型相对应的， 包含湍流模型、 喷雾模型、 燃烧模型在内的燃 油发动机缸内三 维CFD仿真计算模 型并标定， 利用步骤1所建立的一 维模型中所设置的壁面 温度作为 三维仿真计算的温度边界条件； 步骤3、 利用所述三维CFD仿真计算模型， 计算整个循环燃烧室各壁面的热流密度q以及 燃烧室内工质温度Tgas； 步骤4、 建立与步骤2所建立模型相对应的有限元模型， 并对其进行模拟隔热处理， 将隔 热区域对应位置网格的物性 参数改为隔热涂层的参数； 步骤5、 将步骤3的计算结果作为有限元模型的边界条件， 计算燃烧室各壁面瞬态温度， 并通过空间平均处 理， 得到燃烧室各壁 面平均温度Tw′all； 步骤6、 将 Tw′all作为边界条件， 输入到三维C FD仿真模型， 进一步计算燃烧室内工质温度 Tgas及各壁面热流密度q； 步骤7、 将Tgas和q作为边界条件输入到有限元模型中， 计算燃烧室各壁 面温度Tw′all； 重复步骤6、 7， 直到计算得到的Tw′all收敛； 将最终得到的燃烧室各壁面温度输入到所述一维性 能仿真计算模型中， 计算充气效率 和指示热效率在内的其 他效能参数。 2.如权利要求1所述的仿真方法， 其特征在于， 所述步骤1中， 利用Ricardo  Wave软件建 立燃油发动机的一维性能仿真计算模型。 3.如权利 要求1所述的仿真方法， 其特征在于， 所述步骤2中， 利用Converge软件建立燃 油发动机缸内三 维CFD仿真计算模 型， 其中湍流模 型选用RNGk ‑ε模型， 喷雾破碎模 型中采用 KH‑RT模型， 燃烧 模型选用SAGE模型。 4.如权利 要求1所述的仿真方法， 其特征在于， 所述步骤S4中利用ABAQUS有限元计算软 件建立有限元 FEM模型。 5.如权利要求1 ‑4中任一所述的仿真方法， 其特征在于， 所述模拟隔热处理， 设置隔热 涂层涂覆厚度为0.5mm， 其中， 在无隔热燃烧室的基础上涂覆热障涂层时， 先移除0.5mm的基 体材料， 再涂覆0.5m m的隔热涂层。 6.如权利要求 4所述的仿真方法， 其特 征在于， 所述 步骤5的具体方法包括： 对于燃烧室各壁 面， 分别进行如下计算： 通过有限元仿真， 得到该壁 面的瞬态温度场， 利用函数 可以表示 为Twall＝f(x,y,z,t)； 通过下式处理， 将该壁面的温度场转变为Tw′all＝f(t)， 即通过空间平均处理， 得到 各时 刻该壁面的平均温度： 式中， Ti为构成该壁面第i个网格的温度， Si为该壁面第i个网格的面积， S是该壁面总的 面积。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115438551 A 2一种计算发动机燃烧室隔热效能的CFD ‑FEM联合仿真方法 技术领域 [0001]本发明涉及发动机技 术领域， 特别涉及一种发动机采用隔热后的性能仿真方法。 背景技术 [0002]为了减少发动机的散热损失， 提高发动机性能， 燃烧室隔热技术被大量采用。 为了 探究采用隔热技术对发动机性能提升到底有多大贡献， 主要的研究方法有两种包括 实验方 法和数值模拟方法。 实验由于其研究周期长， 成本高， 而且在发动机工作过程特别是燃烧过 程中提供的信息有限。 随着 计算机技术的发展以及CFD模拟 计算的不断进步， 对发动机工作 过程的仿真逐渐趋于成熟， 通过仿真计算可以很好的预测发动机的性能， 为发动机的设计 提供了很大便利。 [0003]但是在对采用隔热技术后对发动机性能提升方面的仿真时， 一般都是在原始机型 (未隔热机型)的基础上进行 的， 即只有原始机型的实验数据， 没有采用了隔热技术之后的 新机型的实验数据， 这就导致在采用隔热技术后预测发动机的性能参数时， 没有准确的壁 面温度边界条件， 而壁 面温度对发动机充气效率以及散热损失的影响非常大。 发明内容 [0004]本公开提供一种计算发动机燃烧室隔热效能的联合仿真方法， 可以准确的计算隔 热对发动机壁 面温度以及性能的影响。 [0005]本公开提供计算发动机 燃烧室隔热效能的CFD ‑FEM联合仿真方法， 包括： [0006]步骤1、 建立发动机的一维性能仿真计算模型并标定； [0007]步骤2、 建立与步骤1所建模型相对应的， 包含湍流模型、 喷雾模型、 燃烧模型在内 的燃油发动机缸内三 维CFD仿真计算模型并标定， 利用步骤1所建立的一 维模型中所设置的 壁面温度作为 三维仿真计算的温度边界条件； [0008]步骤3、 利用所述三维CFD仿真计算模型， 计算整个循环燃烧室各壁面的热流密度q 以及燃烧室内工质温度Tgas； [0009]步骤4、 建立与步骤2所建立模型相对应的有限元模型， 并对其进行模拟隔热处理， 将隔热区域对应位置网格的物性 参数改为隔热涂层的参数； [0010]步骤5、 将步骤3 的计算结果作为有限元模型的边界条件， 计算燃烧室各壁面瞬态 温度， 并通过空间平均处 理， 得到燃烧室各壁 面平均温度Tw′all； [0011]步骤6、 将Tw′all作为边界条件， 输入到三维CFD仿真模型， 进一步计算燃烧室内工 质温度Tgas及各壁面热流密度q； [0012]步骤7、 将Tgas和q作为边界条件输入到有限元模型中， 计算燃烧室各壁面温度 Tw′all； [0013]重复步骤6、 7， 直到计算得到的Tw′all收敛； [0014]将最终得到的燃烧室各壁面温度输入到所述一维性能仿真计算模型中， 计算充气 效率和指示热效率在内的其 他效能参数。说　明　书 1/3 页 3 CN 115438551 A 3