第一部分 使用GT-POWER進(jìn)行排氣噪聲分析

 在試制前的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣到排氣的仿真。在使用GT-POWER以前，我們使用內(nèi)部程序進(jìn)行分析。使用GT-POWER計算一階、二階、三階排氣噪聲，并與實驗對比，GT-POWER具有較好的預(yù)測精度。使用內(nèi)部程序難以解決計算的溫度與實測不一致的問題，而基于試驗結(jié)果對GT-POWER模型進(jìn)行調(diào)整后，高精度的預(yù)測計算可以替代一部分試驗。

 

                                                               圖一 排氣系統(tǒng)噪聲分析

 

采用優(yōu)化技術(shù)，對xiao音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

 

第二部分 使用GT-POWER與modeFRONTIER對xiao音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

 

背壓與排氣噪音是矛盾的關(guān)系，為了平衡這種關(guān)系，需要使用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行研究。為了提高分析的精度，需要對內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型化分析，在本例中1D的GT-POWER計算一個方案需要花費(fèi)20分鐘。因此，為了縮短優(yōu)化花費(fèi)的時間，簡化模型并保持GT-POWER模型計算的精度，獲得pareto解，在這些解中進(jìn)一步進(jìn)行精煉，再帶入詳細(xì)模型進(jìn)行驗證計算。

在過去，GT-POWER與modeFRONTIER的集成式通過批處理文件來實現(xiàn)的，需要特別注意設(shè)置以免計算出錯，現(xiàn)在已經(jīng)搭載了GT-POWER與modeFRONTIER集成的直接接口，輸入很簡便。軟件功能的不斷優(yōu)化，對用戶而言是十分有益的。

 

                                                               圖二xiao音器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

 

第三部分 使用GT-POWER進(jìn)行排氣阻力分析

 

排氣管路長度及形狀對輸出的影響，不僅包括對背壓及排氣口噪聲的影響，對充氣效率的影響也很受關(guān)注。

除了通過降低背壓來提高扭矩，也可以通過改變xiao音器在排氣系統(tǒng)中位置，以及排氣管路的長度及形狀來使扭矩提高。

因此，在開發(fā)初期，進(jìn)行包括發(fā)動機(jī)輸出、排氣口噪聲及背壓的優(yōu)化，獲得最優(yōu)的方案。

 

                                                        圖三 發(fā)動機(jī)輸出及排氣阻力

 

第四部分 使用STAR-CCM+以及DEP Morpher進(jìn)行催化器流速分布分析

 

考察排氣管路末端到催化器前的氣體狀態(tài)，在催化器內(nèi)部，發(fā)動機(jī)排氣與涂覆的貴金屬催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使排氣被凈化，催化器內(nèi)氣體流速的均勻分布有利于提高轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析，確認(rèn)催化器截面的流速分布滿足我們的標(biāo)準(zhǔn)。由于排氣會集中在催化器的端部，這部分區(qū)域內(nèi)的催化劑會受到侵蝕。在考察排氣管形狀方面，使用DEP Morpher的變形技術(shù)對模型形狀進(jìn)行變更，實現(xiàn)高效的仿真計算。本例中，計算一個case花費(fèi)4~8個小時左右。

最近研究在發(fā)動機(jī)附近配置催化器，即排氣歧管部分到催化器的距離縮短，這也導(dǎo)致催化器前的氣體難以實現(xiàn)均勻分布。

 

                                                          圖四 催化器的流速分布分析

 

第五部分 使用GT-POWER與STAR-CCM+進(jìn)行氧濃度分布分析

 

在各個管路的集合部分放置氧傳感器，氧氣濃度反饋回發(fā)動機(jī)控制單元。為了準(zhǔn)確測量氧氣濃度，各排氣管路上均要布置傳感器。也就是需要再現(xiàn)實際的發(fā)動機(jī)的流動脈動，以及預(yù)測一個循環(huán)內(nèi)的排氣濃度情況。氧氣濃度分布計算屬于非定常分析，計算達(dá)到穩(wěn)定需要7~10天左右。我們目前的課題是，縮短計算時間，提高收斂性。

 

                                                          圖五 氧氣濃度分布分析

 

第六部分 使用GT-POWER、STAR-CCM+以及結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行壁面溫度預(yù)測

 

    在非穩(wěn)態(tài)的氣流分析下，計算一個循環(huán)的氣體溫度，傳熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)軟件分析，預(yù)測壁面溫度。

 

                                                         圖六 壁面溫度預(yù)測分析

 

最后 使用GT-POWER、結(jié)構(gòu)分析軟件以及聲學(xué)分析軟件進(jìn)行輻射噪聲分析

 

計算主xiao音器的聲壓級、內(nèi)部壓力變動導(dǎo)致的振動情況，在聲學(xué)分析軟件中進(jìn)行輻射噪聲的預(yù)測。

xiao音器輻射噪聲及殼體固有頻率的綜合設(shè)計。扁平比較大的xiao音器殼體往往具有低的自然頻率，但輻射噪聲提高，需要研究對策。而且一般出現(xiàn)這種情況部位是可以確認(rèn)的，可以結(jié)合有效的對策去解決。

 

                                                              圖七 輻射噪聲分析

 

今后，CAE將成為開發(fā)必不可少的工具。