WaveTutorial

WAVE簡明教程

WAVE是Ricardo公司開發的一維空氣動力學仿真和內燃機性能分析軟件工具包。它通過對發動機系統的流體力學和熱力學特性進行一維建模仿真，可以模擬帶任何形式的進氣系統、排氣系統、燃燒系統的內燃機，目前被廣泛使用在乘用車、摩托車、卡車、機車、賽車、艦船和發電等行業。

目前可以應用WAVE在多種分析領域，包括：

• 發動機性能優化仿真；
• 發動機進/排氣口噪聲仿真及消聲器設計；
• 燃燒與排放的仿真；
• 傳熱和散熱分析；
• 與控制系統聯合仿真等。

第一章：基本操作

啟動WAVE

• Linux系統：運行『wb』命令
• Windows系統：在開始菜單運行 All Programs → Ricardo Software → 版本 → WAVE → WaveBuild

啟動WAVE後，會打開如下的界面：

鼠標操作

左鍵單擊：選擇模型的零件
左鍵雙擊：打開零件參數編輯窗口
SHIFT+左鍵：選擇多個零件
右鍵單擊：彈出零件編輯菜單
中鍵滾動：放大/縮小模型
中鍵拖動：移動模型
在一個零件上的紅點按下左鍵，然後拖動到另一個零件的紅點放開左鍵：用管道連接兩個零件
在已經用管道連接好的零件紅點上按下中鍵拖動：斷開管道和零件的連接

使用幫助

在軟件菜單選擇Help→Wave Help...可以打開WAVE的幫助系統。
在零件的編輯窗口右下角，點擊Help可以打開針對該零件的幫助頁面。

例子

• 雙擊一個Duct零件，單擊右下角的Help按鍵，打開Duct零件的幫助頁面。
• 然後點擊藍色的Duct鏈接。

該頁包含以下內容

1. 對Duct零件的描述
2. 對Duct零件需要的輸入參數的解釋
3. Duct零件可以得到哪些計算結果，包括：

   瞬態結果 Time plots

   循環平均結果 Summary quantities

4. Duct零件支持的傳感器（sensor）和執行器（actuator）
5. 工作原理，包括：

   圓管摩擦計算方法

   圓管傳熱係數計算方法

   圓管彎曲壓力損失計算方法

   方管摩擦和傳熱係數計算方法

   方管彎曲壓力損失計算方法

   調節係數（multiplier）的使用方法

第二章：發動機建模案例

準備數據

在開始建模之前，準備模型數據是最重要的工作。WAVE仿真（或者可以說所有的軟件仿真）能夠得到有用的結果，其前提是仿真模型是建立在可靠的輸入數據和合理的假設上的。

• Rubbish in， rubbish out！-- 仿真諺語

所以，在開始WAVE建模之前，對CAE工程師的基本要求是，他對要仿真的發動機的各個系統非常熟悉，必要的時候他能夠去測量發動機各個位置的準確尺寸，並且他能夠得到詳細可靠的發動機測試數據。
準備數據的工作可以分成兩個部分：

• 收集數據
• 和整理數據
  

收集數據

需要收集的數據往往分為三種：

1. 進排氣系統幾何參數

   是指發動機進氣系統和排氣系統，以及進氣道和排氣道的所有幾何尺寸。一般的情況，建議CAE工程師儘量取得各個位置零件的準確幾何尺寸，如果時間有限不能取得所有的準確尺寸，那麼至少對幾個重要的尺寸要保證準確。它們包括：a）進氣歧管和排氣歧管的各處長度；b）消聲器和空氣濾清器的容積。它們會嚴重影響空氣流量和進排氣噪音。
   

   CAE工程師往往從圖紙上得到所有的零件尺寸，這是無可厚非的。但是，如果有機會看到實物，例如進氣歧管、空氣濾清器、消聲器、節氣門等，會對建模大有好處。

2. 發動機參數

   發動機參數通常包含：

   • 缸徑
   • 衝程
   • 連杆長度
   • 活塞銷偏心量
   • 壓縮比
   • 發火次序
   • 摩擦功，等...

   氣道參數對仿真建模非常重要，這些參數往往只有通過氣道穩流試驗才能得到，它們包含：

   • 氣門不同高度的流量係數
   • 氣門直徑
   • 氣門正時
   • 氣門升程曲線

   同時，準確測量氣道不同位置的幾何尺寸對準確建模非常關鍵。

3. 發動機運行數據

   包含：

   • 進氣管道和排氣管道壁面溫度
   • 發動機轉速
   • 噴油量或者空燃比
   • 活塞頂面、缸蓋、缸套等位置的壁面溫度
   • 工作環境
   • 發動機的燃燒參數等

   在調校WAVE模型的時候，還會用到另外一些測試數據，包含：

   • 進氣系統和排氣系統的實時壓力曲線
   • 缸內壓力曲線
   • 發動機的IMEP/BMEP，充量係數（volumetric efficiency）等

整理數據

我們可以製作一份輸入數據列表。

單缸柴油機

• 單缸柴油機建模

第四章：進排氣口噪聲仿真

• 計算傳遞損失

附錄1: 常用概念

1. BMEP 參考文獻[1]中定義「brake」表示測功機測到的發動機輸出平均有效壓力，BMEP=IMEP-FMEP，FMEP包含了泵氣損失和摩擦損失。但是在WAVE建模中，FMEP只包含摩擦損失，不應該包含泵氣損失（PMEP），PMEP是程序將壓力和活塞行程積分後得到的。

參考文獻

[1] J.B.Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Inc, New York, 1988.
[2] M.L.Munjal, Acoustics of Ducts and Mufflers, New York: John Wiley & Sons, Inc., 1987