發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冷卻系統(tǒng)是發(fā)動機的重要組成部分，良好設(shè)計的冷卻系統(tǒng)可以保障動力裝置及相關(guān)組件在理想的條件下運行，如在所有運行狀態(tài)下均不會過熱、快速暖起、維持恒定溫度或者嚴格的溫度變化范圍等。
[0003]在發(fā)動機開發(fā)過程中，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)臺架試驗等必須要到樣機完成后才能開展，此時如果發(fā)現(xiàn)布置不當(dāng)匹配不合理的情況，很多修改都不易實現(xiàn)，增大了優(yōu)化工作的難度。因此在樣機試制之前對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)性能進行預(yù)估并及時優(yōu)化非常重要。
[0004]目前已有的冷卻系統(tǒng)計算方法的步驟如下:
[0005](I)收集冷卻系統(tǒng)部件的相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行參數(shù)化處理；
[0006](2)利用Flowmaster搭建一維冷卻系統(tǒng)計算模型；
[0007](3)結(jié)合邊界條件和工況狀態(tài)進行模擬計算；
[0008](4)分析評價計算結(jié)果是否滿足預(yù)期設(shè)計指標，當(dāng)計算結(jié)果未達到預(yù)期設(shè)計指標時，對冷卻系統(tǒng)相關(guān)部件進行優(yōu)化設(shè)計，并重新執(zhí)行步驟(1)-(4)，當(dāng)計算結(jié)果達到預(yù)期設(shè)計指標時，輸出優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。
[0009]上述的這種冷卻系統(tǒng)計算方法繁雜、重復(fù)累贅，工作量大，且機械的重復(fù)單一的操作最后得到的結(jié)果不一定是最優(yōu)化的方案，也不會有創(chuàng)造性的方案發(fā)現(xiàn)。例如步驟(4):當(dāng)計算結(jié)果未達到預(yù)期設(shè)計指標時需要重新執(zhí)行步驟(1)-(4)，直到結(jié)果達到預(yù)期設(shè)計指標。搭建的一維冷卻系統(tǒng)仿真模型中，輸入?yún)?shù)的數(shù)量很多，只靠工程師的手動輸入往返嘗試就失去了 CAE仿真的作用。
[0010]同時在眾多輸入?yún)?shù)中不容易找到影響因子最大的參數(shù)，而且影響往往是多個參數(shù)的組合造成的，重新執(zhí)行步驟(1)-(4)這樣的操作在執(zhí)行起來很難找到最優(yōu)解。另外，也很難在工程師機械單一的操作下有創(chuàng)新的方案發(fā)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0012]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法，該方法操作流程簡單、易于實現(xiàn)，且提高了計算精確度及系統(tǒng)研發(fā)效率，同時，提高了冷卻系統(tǒng)的性能和可靠性。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法，包括以下步驟:根據(jù)冷卻系統(tǒng)中元件的相關(guān)數(shù)據(jù)建立冷卻系統(tǒng)模型，并根據(jù)初始工作流運行所述冷卻系統(tǒng)模型以得到初步運行結(jié)果；對所述初步運行結(jié)果進行分析以得到新的工作流；對所述新的工作流進行試驗設(shè)計計算，以選擇元件的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)所述相關(guān)參數(shù)得到響應(yīng)面模型，其中，所述元件的相關(guān)參數(shù)包括輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)；根據(jù)最優(yōu)化算法和響應(yīng)面模型得到最優(yōu)的輸出參數(shù)；根據(jù)所述最優(yōu)的輸出參數(shù)對所述冷卻系統(tǒng)模型進行測試，以得到所述冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)化方案。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法，首先建立冷卻系統(tǒng)模型，并據(jù)此得到初步運行結(jié)果，對初步運行結(jié)果分析后得到新的工作流，并進行試驗設(shè)計計算，得到響應(yīng)面模型，通過最優(yōu)化算法對其進行分析得到最優(yōu)的輸出參數(shù)，最后將該最優(yōu)的輸出參數(shù)輸入至冷卻系統(tǒng)模型進行測試，得到最優(yōu)化方案。因此，該方法操作流程簡單、易于實現(xiàn)，提高了計算分析的準確度，更好的指導(dǎo)冷卻系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計，提高研發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，避免了計算分析的機械重復(fù)工作，可以準確的提出最優(yōu)化方案，避免單一的機械工作造成的結(jié)果非最優(yōu)化情況。同時，在概念設(shè)計階段、試驗階段節(jié)省成本，提高冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能和可靠性。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0016]在一些示例中，所述冷卻系統(tǒng)的元件包括:水泵、電子水泵、增壓器、發(fā)動機水套、機冷器、節(jié)溫器、散熱器、膨脹水箱及機艙暖風(fēng)。
[0017]在一些示例中，所述元件的相關(guān)數(shù)據(jù)包括:水泵和電子水泵的特性曲線、散熱器的換熱特性及流阻特性與散熱特性、暖風(fēng)芯體的換熱特性及流阻特性、節(jié)溫器的溫升與溫降開度曲線及流阻特性、水套的流阻特性及散熱特性、膨脹水箱尺寸、管道的長度和直徑。
[0018]在一些示例中，所述試驗設(shè)計計算包括:2層全因子法、3層全因子法或拉丁超立方法。
[0019]在一些示例中，所述響應(yīng)面模型為線性模型、二階模型或插值模型。
[0020]在一些示例中，所述響應(yīng)面模型包括模型參數(shù)散點圖、參數(shù)貢獻圖及可信域圖。
[0021]在一些示例中，所述最優(yōu)化算法為序列二次規(guī)劃算法或基于遺傳算法的全局優(yōu)化算法。
[0022]在一些示例中，所述最優(yōu)化方案包括所述冷卻系統(tǒng)的各元件流量、壓力和溫度分布。
[0023]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法的流程圖；
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的冷卻系統(tǒng)模型示意圖；以及
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的新的工作流示意圖；以及
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的響應(yīng)面模型的模型參數(shù)散點圖。
【具體實施方式】
[0029]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0030]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法。
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟:
[0032]步驟S101，根據(jù)冷卻系統(tǒng)中元件的相關(guān)數(shù)據(jù)建立冷卻系統(tǒng)模型，并根據(jù)初始工作流運行冷卻系統(tǒng)模型以得到初步運行結(jié)果。
[0033]具體地說，在一些示例中，例如，首先采集冷卻系統(tǒng)中各元件的相關(guān)數(shù)據(jù)和邊界等，利用Flowmaster、GT-SWTE或KULI等流體系統(tǒng)仿真軟件搭建冷卻系統(tǒng)模型，然后向冷卻系統(tǒng)模型中輸入各元件的相關(guān)數(shù)據(jù)，求解計算，分析計算結(jié)果，提出運行結(jié)果。
[0034]其中，在本發(fā)明的一個實施例中，冷卻系統(tǒng)的元件例如包括但不限于:水泵、電子水泵、增壓器、發(fā)動機水套、機冷器、節(jié)溫器、散熱器、膨脹水箱及機艙暖風(fēng)等。進一步地，元件的相關(guān)數(shù)據(jù)包括:水泵和電子水泵的特性曲線、散熱器的換熱特性及流阻特性與散熱特性、暖風(fēng)芯體的換熱特性及流阻特性、節(jié)溫器的溫升與溫降開度曲線及流阻特性、水套的流阻特性及散熱特性、膨脹水箱尺寸、管道的長度和直徑等。
[0035]步驟S102，對初步運行結(jié)果進行分析以得到新的工作流。在具體示例中，例如，通過Optimus優(yōu)化軟件對上述步驟SlOl中得到的初步運行結(jié)果進行優(yōu)化分析計算，以定義新的工作流。需要說明的是，本發(fā)明的實施例并不局限于使用Optimus優(yōu)化軟件進行優(yōu)化分析，也可以是其它類似的優(yōu)化軟件，此處僅是出于示例性地目的，不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0036]步驟S103，對新的工作流進行試驗設(shè)計計算，以選擇元件的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)得到響應(yīng)面模型，其中，元件的相關(guān)參數(shù)包括輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，更為具體地，輸入?yún)?shù)例如為管路直徑、長度等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，輸出參數(shù)例如為系統(tǒng)流量、壓力和溫度分布等結(jié)果。其中，在實驗設(shè)計DOE計算得出的離散的樣本點數(shù)據(jù)上擬合連續(xù)曲面得到響應(yīng)面模型，也即建立輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。
[0037]其中，在本發(fā)明的一個實施例中，試驗設(shè)計DOE計算方法例如包括但不限于:2層全因子法、3層全因子法或拉丁超立方法。更為具體地，該響應(yīng)面模型例如為但不限于線性模型、二階模型或插值模型。其中，該響應(yīng)面模型例如包括模型參數(shù)散點圖、參數(shù)貢獻圖及可信域圖等工具。
[0038]步驟S104，根據(jù)最優(yōu)化算法和響應(yīng)面模型得到最優(yōu)的輸出參數(shù)。換言之，即采樣最優(yōu)算法進行分析找出所有參數(shù)的最優(yōu)值。其中，在本發(fā)明的一個實施例中，最優(yōu)化算法例如為但不限于序列二次規(guī)劃算法或基于遺傳算法的全局優(yōu)化算法。
[0039]步驟S105，根據(jù)最優(yōu)的輸出參數(shù)對冷卻系統(tǒng)模型進行測試，以得到冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)化方案。換言之，即將步驟S104中得到的最優(yōu)的輸出參數(shù)重新輸入冷卻系統(tǒng)模型中進行計算求解，得出最優(yōu)化仿真分析方案。其中，在該示例中，最優(yōu)化方案例如包括冷卻系統(tǒng)的各元件流量和溫度分布等結(jié)果。
[0040]在步驟S105之后，即完成仿真計算分析，進一步地，可生成分析報告并顯示。
[0041]作為具體的例子，以下以一種典型的機型為例，對本發(fā)明上述實施例的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化仿真計算方法的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0042]在該示例中，重點評價水泵的工作能力和各部件的流量、壓力分布和流經(jīng)散熱器的溫升等情況，確定冷卻系統(tǒng)最優(yōu)化方案建議。例如包括:(I)整車要求怠速時暖風(fēng)流量約5?6L/min。(2)額定轉(zhuǎn)速下，散熱器進出口溫差約10°C等。具體流程如下:
[0043]步驟1:對冷卻系統(tǒng)概念階段的設(shè)計方案進行解讀。該機型的冷卻系統(tǒng)主要包括水泵、電子水泵、增壓器、發(fā)動機水套、機冷器、