流動(dòng)部件的建模

流動(dòng)部件的建模CDAJ-CHINA所屬：GTTEAM主要內(nèi)容流動(dòng)基本方程和解法時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算離散普通管路的建模分叉管的建模連接部件的建模邊界條件的設(shè)定流動(dòng)的基本方程連續(xù)方程：能量方程：動(dòng)量方程：顯式隱式流動(dòng)的基本方程求解的難點(diǎn)往往不是微分方程本身和編制程序本身而是難于獲知解題所需的各種實(shí)用和合理的物理常數(shù)及參數(shù)值。而這些往往是各個(gè)公司的技術(shù)秘密。針對(duì)具體的對(duì)象，通過(guò)大量的試驗(yàn)和產(chǎn)品的使用經(jīng)驗(yàn)而獲得的。有的時(shí)候，由于對(duì)于研究對(duì)象的物理規(guī)律還不是很清楚，或者情況過(guò)于復(fù)雜，就要利用經(jīng)驗(yàn)公式和中間試驗(yàn)結(jié)果協(xié)助進(jìn)行計(jì)算。流動(dòng)方程的解法隱式：計(jì)算結(jié)果依靠所有的網(wǎng)格和邊界的條件建立非線性微分方程聯(lián)立求解（迭代和插值）。一般采用比較多的計(jì)算步數(shù)。但是計(jì)算的穩(wěn)定性要好于顯式算法。所以這種算法用于比較長(zhǎng)的時(shí)間的模擬。顯式：新的時(shí)間步長(zhǎng)的結(jié)果只與控制體本身和相鄰的節(jié)點(diǎn)有關(guān)，直接由前一個(gè)步長(zhǎng)的結(jié)果求出不需要迭代。時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算顯示算法：這種方法的時(shí)間步長(zhǎng)必須滿足Courant條件：Courant數(shù)<=1，一般我們?nèi)?.8m：系數(shù)（def＝1）時(shí)間步長(zhǎng)由GT-SUITE本身決定。這種方法對(duì)于進(jìn)排氣系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)計(jì)算比較準(zhǔn)確。而冷卻系統(tǒng)中一般不考慮壓力波動(dòng)。GT-FULE和大多數(shù)GT-POWER模型用這種算法。時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算隱式算法：GT-COOL和GT-POWER中暖機(jī)工況的排氣系統(tǒng)計(jì)算用這種方法。這種方法計(jì)算速度比較快，但是也必須滿足一些條件：系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)波動(dòng)比較小（或者在計(jì)算中這種波動(dòng)不重要)系統(tǒng)內(nèi)最大的Mach數(shù)小于0.3（計(jì)算出的流量在節(jié)流出會(huì)高于實(shí)際流量）時(shí)間步長(zhǎng)由用戶直接輸入。如果時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)大，程序會(huì)自動(dòng)警告（或者在*msg*out文件中顯示)在ImplicitSolnControl模塊有比較詳細(xì)的說(shuō)明。離散長(zhǎng)度推薦：進(jìn)氣系統(tǒng)：離散長(zhǎng)度＝0.40BORE排氣系統(tǒng)：離散長(zhǎng)度＝0.55BORE在需要高頻分析的時(shí)候要把離散長(zhǎng)度變短。例如:聲學(xué)分析和性能分析@6000rpm+聲學(xué)分析的時(shí)候的離散長(zhǎng)度應(yīng)為性能分析的一半。系統(tǒng)中不能有一到兩個(gè)長(zhǎng)度很短（遠(yuǎn)小于離散長(zhǎng)度）的部件，這樣會(huì)導(dǎo)致時(shí)間步長(zhǎng)很小，計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。一般來(lái)講可以把這些長(zhǎng)度很短的部件合并到連接件中來(lái)考慮。限制時(shí)間步長(zhǎng)的部件可以在GT-POST的TimeStepRestriction中看到，或者在*out文件中看到。Pipe摩擦損失：在Runsetup中的Flowcontrol可以通過(guò)定義GlobalFrictionMultiplier(constantterm)增加整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)的摩擦。或者通過(guò)定義GlobalFrictionMultiplier(unsteadyterm)研究流體流動(dòng)脈沖對(duì)摩擦損失的影響。層流湍流D:管路直徑h:粗糙高度Pipe

壓力損失：主要是由于管路的彎曲、截面的變化引起的。程序中可以通過(guò)定義壓力損失系數(shù)Cp來(lái)考慮。這里的壓力損失系數(shù)不考慮壁面的摩擦。如果設(shè)置為Def,程序?qū)?duì)其進(jìn)行自動(dòng)的計(jì)算（以大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)）。另外,這里的壓力損失系數(shù)還不包括管路截面形狀突變帶來(lái)的損失，這些損失GT-SUITE也將自動(dòng)計(jì)算。p1、p2為進(jìn)出口總壓V1進(jìn)口流速Pipe傳熱對(duì)于光滑表面的傳熱系數(shù)采用Colburn公式：對(duì)于粗糙表面的傳熱系數(shù)需要進(jìn)行修正：(因?yàn)楸砻娲植诙葘?duì)傳熱影響很大）在Runsetup中的Flowcontrol可以通過(guò)定義GlobalheatTransferMultiplier來(lái)改變整個(gè)系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。Pipe傳熱系數(shù)流體溫度壁面溫度總的散熱量壁面溫度HeatConductionObject使用‘HeatCComps’用戶輸入：自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流以及輻射的相關(guān)參數(shù)。對(duì)于自然對(duì)流的空氣其換熱系數(shù)一般為5－20W/m^2*K。最大值通常在有風(fēng)扇的情況下的值（但是不考慮風(fēng)扇直接吹向表面的那部分）熱輻射系數(shù)通常設(shè)置為0.5－0.8。發(fā)光物質(zhì)的熱輻射系數(shù)更小。Pipe溫度可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)的求解，但是在暖機(jī)過(guò)程中只能采用瞬態(tài)求解。在ThermalControl中控制。壁面溫度的求解可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，操作同上。可以進(jìn)行絕緣管和同心管的建模。在HeatCComps可以進(jìn)行多層管的建模。第一行是最里面的一層，最后一行是最外面的一層。而且每層都可以采用不同的材料。（‘HeatCMaterials’）‘HeatCFlange’可以進(jìn)行從一個(gè)部件表面到另一個(gè)部件表面?zhèn)鳠岬慕＃ㄅc流動(dòng)平行）。特別是當(dāng)兩個(gè)部件間有較大的溫度梯度的時(shí)候（比如：從進(jìn)氣歧管到缸頭）如果兩個(gè)部件間用‘HeatCFlange’連接，至少有一個(gè)部件要激活HeatCComps。Flexible/ElasticPipeGT可以進(jìn)行軟管和彈性管的建模。可以考慮在壓力作用下管路的直徑和長(zhǎng)度的變化。模型考慮：楊氏定律、泊松比和幾何形狀用PipeFlexibleWall和‘PipeRoundBendFlxWall實(shí)現(xiàn).MultiplePipe主要用于建立催化轉(zhuǎn)化器和換熱器內(nèi)部的管路。只能和flowsplit或者和它有相同數(shù)目的芯子的管路連接與flowsplit時(shí)，每根內(nèi)管分配的膨脹直徑為一般用def的orifice進(jìn)行連接。如果與orifice連接的時(shí)候，NumberofIdenticalHoles必須設(shè)置為1。除非用戶想把每個(gè)芯子都連接一個(gè)orifice。與Pipe類似，這種管路的傳熱也可以用‘HeatCComps’，但是如果管路時(shí)蜂窩狀的，在FreeConvection/Matrix中要設(shè)置成Matrix，‘ExternalConvectionCoefficient’和‘Emissivity’要設(shè)置為ign。但是如果是換熱器內(nèi)部的管路（流動(dòng)為橫流),FreeConvection/Matrix中要設(shè)置成off，這時(shí)需要設(shè)置每跟管路的外部對(duì)流換熱系數(shù)。Short-ConeDiscretization原因：如果管系中有比較大的錐角，流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)壁面分離。因此，在一維流動(dòng)系統(tǒng)的建模過(guò)程中，必須要考慮到錐管對(duì)流動(dòng)的影響。一維求解方法通過(guò)把PL設(shè)置為def,設(shè)置合適的離散長(zhǎng)度，可以對(duì)長(zhǎng)管（沒(méi)有流動(dòng)分離）內(nèi)流體的流動(dòng)模擬的比較精確。但是該方法對(duì)短管內(nèi)的流動(dòng)的分離計(jì)算不準(zhǔn)確。Short-ConeDiscretization（應(yīng)該如何翻譯？）當(dāng)滿足下述兩個(gè)條件時(shí)，左圖的管路可以簡(jiǎn)化成右圖的管路：

管路的連接件orifice的參數(shù)應(yīng)設(shè)置如下：直徑＝def＝d縮流方向的流量系數(shù)Cd≈1，擴(kuò)流方向的流量系數(shù)Cd＝1Short-ConeDiscretization當(dāng)滿足一下條件的時(shí)候：計(jì)算的精度將大大提高。最大的離散長(zhǎng)度由下式估算出來(lái)：Ceiling是圓整函數(shù)。分叉管的定義‘FsplitTRight’‘FsplitSphere’‘FsplitGeneral’‘FsplitAbsorbing’基本要素：截面面積和長(zhǎng)度當(dāng)形狀不規(guī)則的時(shí)候需要考慮體積。另外需要調(diào)整摩擦系數(shù)、傳熱系數(shù)、壓力損失系數(shù)以考慮幾何形狀對(duì)流動(dòng)的影響?！瓼splitTRight’只用定義1、2的管徑和長(zhǎng)度，3的幾何形狀是默認(rèn)的。只定義一個(gè)單獨(dú)的體積，不進(jìn)行離散。所以長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能的跟離散長(zhǎng)度相等。當(dāng)分叉管長(zhǎng)度小于端點(diǎn)3連接的管路直徑的時(shí)候求解器自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，這種情況經(jīng)常發(fā)生在消聲器建模的時(shí)候，因?yàn)榇藭r(shí)的離散長(zhǎng)度很小?！瓼splitSphere’這種連接可以有多種端口。每個(gè)端口都可以定義直徑和方向。端口的方向可以依據(jù)一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系來(lái)定義.通常我們可以把一個(gè)端口的方向定義為一個(gè)坐標(biāo)軸，而其他端口的位置可以通過(guò)調(diào)整其在相對(duì)坐標(biāo)系的位置來(lái)確定。‘FsplitGeneral’特點(diǎn)：可以任意不規(guī)則形狀的分叉管（包括上面兩種）。需要的輸入?yún)?shù)最多，但是定義的方式也最為靈活。最重要的兩個(gè)參數(shù)是：膨脹直徑流體從任意一個(gè)端口進(jìn)入分叉管后的膨脹程度。只與分叉管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。而和與之連接的管路和接口的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。特征長(zhǎng)度定義為流體從進(jìn)入分叉管到遇到阻礙（壁面、流動(dòng)邊界等）的路徑長(zhǎng)度。即為流動(dòng)和壓力波在流域內(nèi)所經(jīng)過(guò)的路徑，能夠長(zhǎng)度對(duì)壓力波動(dòng)和流動(dòng)特性的影響（如碰壁后的反射、疊加、抵消等等）

‘FsplitGeneral’端口3的膨脹直徑為:端口1、2的膨脹直徑為：DIAC1和DIAC2特征長(zhǎng)度如圖DX1、DX2、DX3所示:‘FsplitGeneral’該結(jié)構(gòu)形式的膨脹直徑的計(jì)算分兩種情況：1.當(dāng)2和3的流動(dòng)不干涉的時(shí)候，端口2、3的膨脹直徑應(yīng)該為DIAC1.2.當(dāng)2和3的流動(dòng)干涉（同相）的時(shí)候，端口2、3的流動(dòng)各膨脹到端口1的1/2.此時(shí)端口2、3的膨脹直徑為：該結(jié)構(gòu)的特征長(zhǎng)度的值為圖中所示：DX1=DX2=DX3‘FsplitGeneral’‘FsplitAsorbing’主要用于消聲器的建模中。與‘FsplitGeneral’很類似，只是在其中填充了消聲材料。消聲材料的流阻可以通過(guò)測(cè)量其在穩(wěn)流速度場(chǎng)中壓力損失來(lái)獲得。（把消聲材料放置在管子里并用多孔線網(wǎng)包起來(lái)）FlowConnectionOrifice:圓孔/有一個(gè)固定的或者可控的直徑Valve:提升閥、針閥、單向閥、進(jìn)、排、掃氣孔（二沖程）Throttle：節(jié)氣門(mén),同orifice類似Pressurelose：壓氣損失vs.流動(dòng)特性（GT-COOL、FUEL)Annularleak:GT-FUEL泵的泄流閥Orificeorificeinletoutletd：orifice直徑Din：進(jìn)口直徑Dout：出口直徑d<DinorDout說(shuō)明有節(jié)流。如果把d設(shè)置為def，則d＝minDin,Dout如果d<Din同時(shí)d<Dout,則正反向流量系數(shù)設(shè)為0.6如果d>>Dout(例如Din/Dout=10)則正向流量系數(shù)設(shè)置為0.8如果d＝Din＝Dout則流量系數(shù)為1。PressureLossConnection

已知壓力損失和質(zhì)量流量或者體積流量之間的關(guān)系。用于模擬GT-POWER/FUEL/COOL中一些原件（散熱器、缸體、空濾器等）的壓力損失。其不是一個(gè)真正的流動(dòng)部件，用簡(jiǎn)化的動(dòng)量方程。模型中用一個(gè)時(shí)間常數(shù)來(lái)保證計(jì)算的穩(wěn)定性。Throttle需要輸入每個(gè)角度下的正反向流量系數(shù)。角度可以設(shè)置為一個(gè)時(shí)間變量去模擬它開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程，也可以通過(guò)執(zhí)行器對(duì)其進(jìn)行控制。流量系數(shù)定義：有效流通面積/參考流通面積用于計(jì)算通過(guò)閥體、節(jié)流閥、球形閥以及orifice等的流量對(duì)于液體：對(duì)于氣體：其中：當(dāng)壓比滿足：流量系數(shù)對(duì)于orifice，AR通過(guò)orifice的直徑來(lái)計(jì)算對(duì)于各種閥體，AR通過(guò)輸入的參考直徑來(lái)計(jì)算對(duì)于凸輪驅(qū)動(dòng)的閥體，參考面積有兩種不同的計(jì)算方法：對(duì)于所有的L/D,采用定值。Array中必須從0開(kāi)始不同的升程，值不同。Array中必須從非0數(shù)開(kāi)始邊界條件的設(shè)定‘EndEnvironment’：輸入壓力和溫度?！瓻ndEnvironmentRam’:考慮流速的影響的時(shí)候使用‘EndFlowInlet’:輸入的是流量而不是壓力。

<注>

‘EndFlowInlet’可以輸入流速、質(zhì)量流量或者體積流量。如果流體的流率不是連續(xù)的，這時(shí)要特別注意，這種情況在液力系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)的壓力不是特別高就是特別低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生空穴，計(jì)算很不穩(wěn)定。使得壓