WaveTutorial/单缸柴油机建模

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按照1.1节的方法，打开一个WAVE建模界面。
我们将要建模的单缸机基本数据如图：

第一步，设置Simulation Control参数[编辑]

在WAVE界面的左侧，切换到Model窗口，双击“Simulation Control”选项，进入Simulation Control设置面板。
Simulation Control面板包含6个页面：General Parameters、Fluid Properties、Convergence、Restart、Timer、Compatibility，在发动机建模中常用到前3个页面。

  • General Parameters窗口中需要设置：
    Unit System = SI[mm]，使用毫米为长度单位的国际单位制
    Simulation Duration = 100
    End of Cycle Angle = auto，指定一个工作循环的开始点，默认为第一缸的进气门关闭曲轴转角（IVC）
！如果输入的数据超出了WAVE的经验范围，该数据会用黄色显示。此处如果数据变成黄色，是因为其单位是“s”，当我们在模型中创建了一个发动机气缸零件以后，该单位会自动切换到“cycle”，黄色会随后消失。
  • Fluid Properties窗口中需要设置：
    Compressibility = Ideal Gas
    Fuel = Diesel
  • Convergence窗口中需要设置：
    Convergence Detection = On

第二步，搭建模型[编辑]

从WaveBuild界面左侧Elements→Template→Flow elements中依次找到，并在建模界面添加2个Ambient零件，2个Orifice零件，1个Engine Cylinder零件。
然后用鼠标左键，按照从左到右的顺序，在相邻的两个零件之间用管道将零件上的红点连接起来。连接后的模型应如下图：

！在连接零件的时候，建议遵循从上游到下游的顺序，这样管道的箭头方向会和气流的方向一致。这样做的原因是，如果管道箭头方向和气流方向相反，则在计算结果中看到流速等矢量的符号会是负号。

第三步，设置Ambient元件[编辑]

对进口侧的Ambient设置：

  • Name = Intake
  • Diameter = Auto （Auto表示入口直径等于管口直径）
  • Pressure = 1 bar （发动机工作的环境压力）
  • Temperature = 300 K （发动机工作的环境温度）
  • Discharge Coefficient = Auto
  • Additional Acoustic End Correction = 0
  • Solution Type = Floating (Floating适用于大部分情况）

出口侧的Ambient设置和进口完全一样。

第四步，设置Duct零件[编辑]

鼠标双击duct1零件，打开duct1的参数设置窗口。

  • 几何参数（Dimensions）
    Left diameter = 40 mm
    Right diameter = 35 mm
    Overall length = 100 mm
    Discretization length = 35 mm
！离散长度（discretization length）的选择要平衡仿真精度和计算速度的需要。对于发动机性能仿真，可以使用经验公式计算离散长度
进气侧 Dx = 0.45 * 发动机气缸直径
排气侧 Dx = 0.55 * 发动机气缸直径
进排气系统噪声仿真，则可能需要设置更小的离散长度。
  • 系数（Coefficients）
    Friction coefficient = 0
    Heat transfer coefficient = 1.0
！用户可以使用Friction coefficient调节沿程摩擦损失，使用Heat transfer coefficient调节散热量。
气道摩擦引起的压力损失是和气门的节流压力损失一起考虑的，因此可以把气道的Friction coefficient设成0。
  • 初始条件（Initial conditions）以及其它各项保持默认。


各个管道的相关参数如表所示：

- Left diameter Right diameter Overall length Dx Friction coefficient Heat transfer coefficient Initial pressure Initial temperature Wall temperature 其它
Duct1 40 35 100 45 0 1 1 300 300 default
Duct2 35 35 50 45 0 1 1 300 310 default
Duct3 28 28 90 50 0 1 1.05 900 400 default
Duct4 28 40 150 50 0 1 1.05 900 400 default

第五步，设置Cylinder元件[编辑]

鼠标双击duct1零件，打开duct1的参数设置窗口。

  • 几何参数
    Bore = 102 mm
    Stroke = 120 mm
    Clearance height = 0.7 mm
    Head Surface Area Multiplier = 1
    Piston Surface Area Multiplier = 1.25 （考虑活塞凹坑面积）
    Connecting Rod Length = 200 mm
    Wrist Pin Offset = 0 mm
    Compression Ratio = 17
  • 初始条件/边界条件
    Piston top temperature = 525 K
    Cylinder liner temperature = 500 K
    Cylinder head temperature = 550 K
    Intake valve temperature = 400 K
    Exhaust valve temperature = 450 K
    Swirl ratio = 0
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