[发明专利]排气歧管稳态温度场的检测方法

摘要

一种排气歧管稳态温度场的计算方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1)通过发动机性能仿真软件创建发动机一维模型；步骤2)发动机台架性能试验得到发动机实际的性能数据；步骤3)利用软件创建排气歧管内流场CFD网格模型；步骤4)利用CFD仿真软件计算出排气歧管内流场和速度；步骤5)找出CFD计算结果中排气歧管内壁速度马赫数大于1的部位；步骤6)将优化好的排气歧管再次CFD仿真计算；步骤7)对排气歧管及周边所有零件包括隔热罩、入口法兰和后法兰网格划分；步骤8)设置排气歧管材料属性；步骤9)将完整的排气歧管传热网格模型和材料属性输入到辐射换热仿真软件中。更接近模拟排气歧管的实际工作环境，易于操作。

主权项

一种排气歧管稳态温度场的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)通过发动机性能仿真软件GT‑Power创建发动机一维模型，计算得到曲轴转角范围为0°CA~1440°CA的排气歧管进口的质量流量和入口温度，同时得到出口的压力和温度，作为CFD计算所需的排气歧管进出口边界条件；步骤2)发动机台架性能试验得到发动机实际的性能数据，对一维计算结果校核，为下一步计算提供更加准确的数据；步骤3)利用Hypermesh软件创建排气歧管内流场CFD网格模型；利用CFD仿真软件Star CCM+计算出排气歧管内流场和速度马赫数；计算时输入的排气歧管进出口边界条件为发动机；步骤4)利用CFD仿真软件Star CCM+计算出排气歧管内流场和速度马赫数；计算时输入的排气歧管进出口边界条件为发动机性能仿真软件GT‑Power计算得到的结果，壁面边界条件给定恒定的温度1000K，排气歧管内流场瞬态控制方程采用可压缩N‑S方程，湍流模型采用标准k‑ε模型；步骤5)找出CFD计算结果中排气歧管内壁速度马赫数大于1的部位，通过增大圆角和分散集中点等方式优化排气歧管三维数模，避免排气歧管内壁产生热应力集中点；步骤6)将优化好的排气歧管再次CFD仿真计算，将计算结果中壁面的换热系数和流体温度映射到排气歧管网格上，得到壁面换热系数和流体温度分布，利用时间平均法得到内壁面稳态对流换热系数和温度场，并将其直接映射到内壁面上作为下一步骤的边界条件；步骤7)对排气歧管及周边所有零件包括隔热罩、入口法兰和后法兰网格划分，建立完整的排气歧管传热的网格模型，用于辐射换热的计算；将完整的排气歧管传热网格模型和材料属性输入到辐射换热仿真软件Radtherm中，以CFD软件计算结果作为排气歧管内壁面的边界条件，把排气歧管外壁面和隔热罩内外表面都设置为与大气环境直接接触，计算出换热系数；步骤8)设置排气歧管材料属性：入口法兰为SUS441，厚度为3mm，表面辐射率为0.9；排气歧管为SUS441，厚度为2mm，表面辐射率为0.9；出口法兰为Q235，厚度为8mm，表面辐射率为0.9；隔热罩为三层结构，内外两层为铝箔材料，厚度为0.3mm，表面辐射率为0.15，中间层为石墨材料，导热性极差，辐射率可以忽略不计；步骤9)将完整的排气歧管传热网格模型和材料属性输入到辐射换热仿真软件Radtherm中，以CFD软件计算结果作为排气歧管内壁面的边界条件，把排气歧管外壁面和隔热罩内外表面设置为与大气环境直接接触，换热系数通过计算得到；最终计算出能够较真实的模拟实际环境的排气歧管温度场结果，为排气歧管的应力应变计算输出准确数据。