基于kiva和sysnoise耦合內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲預(yù)測分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及數(shù)據(jù)仿真分析領(lǐng)域，尤其涉及一種基于KIVA和SYSN0ISE耦合 內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲預(yù)測分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動機(jī)燃燒過程中，當(dāng)活塞運行至上止點附近時，缸內(nèi)壓力會急劇升高，形成缸內(nèi) 壓力的高頻振蕩。發(fā)動機(jī)缸內(nèi)壓力高頻振蕩是產(chǎn)生發(fā)動機(jī)燃燒噪聲的重要因素。燃燒噪聲 的強(qiáng)弱可以用缸內(nèi)壓力的頻譜曲線作為評定方法。所以，獲取缸內(nèi)燃燒的壓力曲線對分析 燃燒噪聲有著重要的意義。目前，是將制造加工后的發(fā)動機(jī)樣機(jī)安裝于發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行 噪聲測試來研宄分析發(fā)動機(jī)的燃燒噪聲。如果能在發(fā)動機(jī)樣機(jī)的設(shè)計時期，通過模擬手段 來真實有效的獲得發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的壓力曲線，將對預(yù)估燃燒噪聲有著非常重要的意義，并且 可以節(jié)省制造加工的成本和人力。
[0003] 現(xiàn)在運用于發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒數(shù)值模擬的軟件，如KIVA、AVL_FIRE及FLUENT等，都 是建立在流場模型基礎(chǔ)上的，其計算得到的壓力曲線都是一條光滑曲線。這是因為沒有考 慮燃燒所耦合的燃燒室內(nèi)的聲場影響。模擬獲得的光滑曲線與試驗測量獲得的波動曲線相 比，有一定的失真性。如果直接使用這些光滑的缸壓曲線則無法準(zhǔn)確預(yù)估燃燒噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實施例提供一種基于KIVA和SYSNOISE耦合內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲預(yù)測分析 方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中采用模擬軟件計算內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲預(yù)測分析結(jié)果失真性過高的 問題。通過對熱聲耦合機(jī)理的研宄，探索缸內(nèi)壓力高頻振蕩的規(guī)律可以有效解決"失真性" 問題。在KIVA軟件中，采用化學(xué)反應(yīng)形成的燃燒源作為聲源，其產(chǎn)生的聲波在缸內(nèi)傳播距 離隨時間的增加而增大，聲波影響的范圍內(nèi)缸內(nèi)壓力隨之變化。當(dāng)聲波到達(dá)燃燒室壁面 時，又從壁面產(chǎn)生反射，反射波再次影響缸內(nèi)壓力場的分布。對于反射波的傳播過程，使用 SYSNOISE軟件進(jìn)行模擬。在KIVA中使用fortran語言編寫接口程序調(diào)用SYSNOSIE，模擬 計算發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的壓力場。通過揭示缸內(nèi)壓力高頻振蕩的原因探索內(nèi)燃機(jī)燃燒噪聲產(chǎn)生機(jī) 理，為預(yù)估燃燒噪聲提供理論支持。
[0005] 本發(fā)明實施例提供了一種基于KIVA和SYSNOISE耦合內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪聲預(yù)測分析 方法，包括：
[0006] 采用KIVA計算第N時間步長當(dāng)前燃燒點源以及第N時間步長至初始時間步長內(nèi) 聲波再傳播對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的第一壓力更新量；
[0007] 采用SYSNOISE計算第N時間步長所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壁面反射對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單 元的第二壓力更新量；
[0008] 迭加所述第一壓力更新量與所述第二壓力更新量得到第N時間步長內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi) 網(wǎng)格單元的壓力總升高量；
[0009] 根據(jù)所述各時間步長的所述壓力總升高量確定所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的壓力曲線。
[0010] 進(jìn)一步地，所述采用SYSNOISE計算第N時間步長所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壁面反射對內(nèi)燃 機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的第二壓力更新量，包括：
[0011] 將內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)整體的流場網(wǎng)格與激勵力所處的壁面作局部流固固體耦合，得到流 固耦合的有限元模型；
[0012] 采用SYSNOISE分別計算各時間步長的每一個當(dāng)前激勵力對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)所有網(wǎng)格 單元產(chǎn)生的壓力改變量；
[0013] 將各時間步長的當(dāng)前激勵力的所述壓力改變量存儲至本地；
[0014] 根據(jù)第N時間步長當(dāng)前激勵力在所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的聲波傳播距離在所 述壓力改變量中提取第一壓力改變量；
[0015] 根據(jù)所述第N時間步長至初始時間步長內(nèi)各時間步長對應(yīng)的聲波繼續(xù)傳播距離 在所述壓力改變量中提取聲波繼續(xù)傳播的第二壓力改變量；
[0016] 迭加所述第一壓力改變量與所述第二壓力升尚量得到第N時間步長內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi) 壁面反射對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的第二壓力更新量。
[0017] 進(jìn)一步地，所述采用KIVA計算第N時間步長當(dāng)前燃燒點源以及第N時間步長至初 始時間步長內(nèi)聲波再傳播對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的第一壓力更新量，包括：
[0018] 處理器采用KIVA分別計算各時間步長的每一個當(dāng)前燃燒點源對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)所有 網(wǎng)格單元產(chǎn)生的壓力改變量；
[0019] 所述處理器將各時間步長的當(dāng)前燃燒點源的所述壓力升高量存儲至本地；
[0020] 所述處理器根據(jù)第N時間步長當(dāng)前燃燒點源在內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的聲波首次 傳播的距離在所述壓力改變量中提取聲波首次傳播的第三壓力改變量；
[0021] 所述處理器根據(jù)第N時間步長至初始時間步長內(nèi)各時間步長對應(yīng)的聲波繼續(xù)傳 播的距離在所述壓力改變量中提取聲波繼續(xù)傳播的第四壓力改變量；
[0022] 所述處理器迭加所述第三壓力改變量與所述聲波繼續(xù)傳播的第四壓力改變量得 到第N時間步長內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的第一壓力更新量；
[0023] 所述處理器根據(jù)各時間步長的所述壓力更新量確定內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的壓力曲線。
[0024] 進(jìn)一步地，所述處理器根據(jù)第N時間步長當(dāng)前燃燒點源在內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的 聲波首次傳播的距離在所述壓力改變量中提取聲波首次傳播的第三壓力改變量，包括：
[0025] 處理器根據(jù)KIVA的化學(xué)反應(yīng)子程序確定第N時間步長內(nèi)當(dāng)前燃燒點源的總個 數(shù)；
[0026] 所述處理器根據(jù)所述當(dāng)前燃燒點源對應(yīng)的網(wǎng)格單元中各個節(jié)點的空間坐標(biāo)計算 所述當(dāng)前燃燒點源的第N時間步長內(nèi)的空間位置坐標(biāo)；
[0027] 所述處理器根據(jù)小振幅三維聲波方程計算所述第N燃燒點源第N時間步長的聲 速，并根據(jù)所述聲速計算所述第N燃燒點源在第N時間步長內(nèi)在空間傳播的距離；
[0028] 所述處理器根據(jù)所述當(dāng)前燃燒點源的空間位置坐標(biāo)以及所述聲波傳播的距離確 定所述第N時間步長內(nèi)所述當(dāng)前燃燒點源影響的聲內(nèi)單元；
[0029] 所述處理器根據(jù)所述聲內(nèi)單元在已存儲的壓力改變量中提取聲波首次傳播的第 三壓力改變量。
[0030]進(jìn)一步地，所述處理器根據(jù)第N時間步長至初始時間步長內(nèi)各時間步長對應(yīng)的聲 波繼續(xù)傳播的距離在所述壓力改變量中提取聲波繼續(xù)傳播的第四壓力改變量，包括：
[0031]所述處理器根據(jù)所述聲速確定第N時間步長至初始時間步長中各時間步長聲波 再傳播的距離；
[0032]所述處理器根據(jù)所述各時間步長當(dāng)前燃燒點源空間位置坐標(biāo)、所述當(dāng)前燃燒點源 傳播的距離以及所述聲波再傳播距離確定各時間步長對應(yīng)的聲波再傳播的聲內(nèi)單元；
[0033] 所述處理器根據(jù)所述聲波再傳播的聲內(nèi)單元在已存儲的壓力改變量中提取聲波 繼續(xù)傳播的第四壓力改變量。
[0034] 進(jìn)一步地，所述處理器迭加所述第三壓力改變量與所述聲波繼續(xù)傳播的第四壓力 改變量得到第N時間步長內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的第一壓力更新量之后，還包括：
[0035] 所述處理器將第N時間步長的所述壓力更新量對應(yīng)的文件存儲至本地，所述文件 包括：所述第N時間步長對應(yīng)的所述當(dāng)前燃燒點源的聲傳播距離、所述聲波傳播的聲內(nèi)單 元總個數(shù)、所述燃燒點源的空間位置坐標(biāo)、所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元壓力升高量、所述內(nèi)燃 機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的起始號碼、所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元的終止號碼。
[0036] 進(jìn)一步地，所述處理器將第N時間步長的所述壓力更新量對應(yīng)的文件存儲至本地 之后，還包括：
[0037] 所述處理器判斷所述第N時間步長所述壓力更新量對應(yīng)的文件中的任一燃燒點 源以及任一激勵力對應(yīng)的所有聲波再傳播聲內(nèi)單元是否大于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)全部的網(wǎng)格單元， 若是，則刪除所述燃燒點源或激勵力對應(yīng)的文件。
[0038] 進(jìn)一步地，所述所述處理器根據(jù)各時間步長當(dāng)前燃燒點源空間位置坐標(biāo)、所述當(dāng) 前燃燒點源傳播的距離以及所述聲波再傳播距離確定各時間步長的聲波再傳播的聲內(nèi)單 元，包括：
[0039] 所述處理器判定所述內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的任一網(wǎng)格單元與當(dāng)前燃燒點源的空間距離是 否大于當(dāng)前燃燒點源影響的距離并小于聲波再傳播的距離，若是，則確定所述網(wǎng)格單元為 聲波再傳播的聲內(nèi)單元，若否，則確定所述網(wǎng)格單元為所述第N時間步長所述聲波再傳播 的聲外單元。
[0040] 本實施例將第N時間步長的燃燒點源、第N時間步長至初始時間步長各時間步長 的聲波在傳播對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)網(wǎng)格單元產(chǎn)生的第一壓力更新量與內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壁面激勵力、對 應(yīng)于該