[发明专利]基于CFD的汽车发动机缸盖清洗的优化方法

权利要求书

1.一种基于CFD的汽车发动机缸盖清洗的优化方法，其特征在于，通过采集发动机缸盖几何特征并建立缸盖三维模型，经计算区域设置和网格划分并进行模拟参数及边界条件的设置，经过仿真计算得到缸盖清洗时内部的流场分布、水套内的流体速度和流域的压力；进而通过改变清洗缸套时流体的入口、堵口、出口及其不同的组合方式，通过重复仿真计算并以水套内腔关键死角的流体速度和流域压力作为优化结果约束条件，得到优化的清洗策略；

所述的缸盖三维模型是指：基于ANSYS Fluent建立水套仿真模型，以流体动力学的几个基本控制方程为基础，即Navier-Stokes方程，具体通过①导入水套三维模型，对计算区域做离散化处理；②设置出入口、堵口及壁面边界条件；③设置K-ε湍流模型后通过求解器根据流体控制方程、边界条件，进行数值计算求解仿真结果。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的模拟参数及边界条件是指：模拟参数指的是清洗液的入口压力和入口流量，边界条件清洗时堵口的边界条件和壁面边界条件，堵口的边界条件设置为固壁边界条件，壁面边界条件用于限制流体和固体区域，设置水套的壁面边界条件为非滑移、绝热及光滑壁面。

3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的优化结果约束条件是指：通过观察仿真计算得到的速度流线图得到不同区域流体的具体流向，即水套清洗时切屑的流向；通过观察速度云图识别出低流速区和滞止区。

4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的缸盖清洗工艺的优化是指：通过有限元仿真分析不同清洗方案，流体在水套内部压力与流速分布情况，以获得优化的清洗方案以提高关键部位流体速度和压强，使切屑能够被有效带走，可以优化水套清洗工艺，对提高零件的清洁度具有重要意义，该缸盖清洗工艺包括单一入口清洗优化和组合入口清洗优化，其中：单一入口清洗优化是指：基于仿真模型，对不同入口进行单一入口清洗仿真，观察仿真结果获得清洗液流速和水套内流域压力情况，再基于优化结果约束条件确定需要清洗的水套入口；组合入口清洗优化是指：基于仿真模型对不同组合入口进行组合入口清洗仿真，观察仿真获得清洗液流速和水套内流域压力情况，再基于优化结果约束条件，分析不同组合入口清洗结果，比较不同清洗方案的优劣。

5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的对计算区域做离散化处理是指：将其划分为诸多子区域，并确定每个区域的节点，进而生成计算网格，之后将控制方程在网格上离散，即将偏微分格式的控制方程转化为各个结点上的代数方程组；

所述的控制方程为：其中：ρ为密度，V为流体运动速度矢量，F是代表外力，为单位张量，P为压力，为粘性应力张量，E为总能，q为热通量，k为流体的传热系数；

所述的代数方程组为[K][C]＝[F][b]，其中：K为离散后的系数矩阵，C为待求解的压力场，F为外界激励即入口流速和入口压力，b为边界条件即堵口及壁面边界条件。

6.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的设置出入口、堵口及壁面边界条件是指：设置K-湍流模型。

7.根据权利要求1所述的优化方法，其特征是，所述的优化的清洗策略，通过以下方式得到：

4.1)清洗入口到各出口的距离应尽量相同或相近；

4.2)清洗入口应选择较大的孔以保证清洗流体的压力尽可能少的损失；

4.3)由于对部分入口进行清洗时，清洗效果有限，故而，不需对全部入口进行清洗；

4.4)通过优化以减少中间清洗入口数，减少中间清洗时间；

4.5)选取排气侧三个孔和水套底部一些孔作为入口以获得较好的清洗效果；

4.6)将水套孔中的大出口作为堵口以使水套孔流域产生高压；

4.7)在组合口清洗时，选取排气侧三个孔作为入口以在清洗少量孔的情况下，获得较好的清洗效果。

8.一种实现权利要求1～7中任一所述方法的系统，其特征在于，包括：模型生成单元、参数调整单元、仿真计算单元以及清洗工艺优化单元，其中：模型生成单元与参数调整单元相连并传输清洗入口信息，参数调整单元与仿真计算单元相连并传输清洗入口信息，仿真计算单元与清洗工艺优化单元相连并传输水套内部的压力分布信息。