本發(fā)明涉及一種基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法。

背景技術(shù)：

1、燃氣發(fā)動機因其較低的排放和成本效益而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和公共交通領(lǐng)域。然而，這類發(fā)動機的摻混效果極易受到工況的影響。在高速和滿負荷運行時，均質(zhì)混合模式通常被使用，以確保燃料的充分混合，從而增強燃燒效率，使其提高動力輸出。在非滿負荷或低速條件下，分層混合模式則更為合適，因為它能更有效地提升能量轉(zhuǎn)換率并減少尾氣排放。

2、目前，針對燃氣發(fā)動機缸內(nèi)摻混效果的定量評價，業(yè)界主要采用兩種方法：發(fā)動機試驗法和數(shù)值模擬法。其中，發(fā)動機試驗法評估缸內(nèi)混合效果，是通過監(jiān)測火焰燃燒狀況并記錄排放物的濃度和燃油消耗等參數(shù)來實現(xiàn)的。這種評價方法因其直觀和合理性而廣受推崇，然而，它也遭遇了一些困難，包括成本昂貴、對專業(yè)人員的依賴性強、操作過程復(fù)雜，以及難以全面探究各種因素對缸內(nèi)混合過程及其效果的深層次影響。數(shù)值模擬法利用濃度標(biāo)準(zhǔn)差和濃度區(qū)域體積分布等數(shù)據(jù)來評價缸內(nèi)混合效果，這種手段相對成本較低。但是，它也有其限制，主要表現(xiàn)在僅適用于特定的混合模式(均質(zhì)或分層混合)，且得出的結(jié)果在不同混合模式之間無法直接進行比較。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，基于定量分析的結(jié)果，可為燃氣發(fā)動機缸內(nèi)混合過程及其效果的研究、優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：

3、一種基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，包括以下步驟：

4、s1)建立發(fā)動機缸內(nèi)混合過程的cfd模型，設(shè)置發(fā)動機仿真參數(shù)，并執(zhí)行數(shù)值模擬以計算分析；

5、s2)根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，獲取發(fā)動機缸內(nèi)混合過程至點火時刻的實時計算域內(nèi)所有網(wǎng)格的氣體燃料質(zhì)量分數(shù)，并計算其平均值、變異系數(shù)和偏度，其中平均值、變異系數(shù)和偏度均以各自歷程內(nèi)最大值進行歸一化處理；

6、s3)基于s2)處理結(jié)果，建立用于評估缸內(nèi)氣體燃料與空氣混合過程及效果的三角形相空間分析評價體系；

7、s4)根據(jù)三角形相空間分析評價體系中平均值、變異系數(shù)和偏度的分布特征，對發(fā)動機缸內(nèi)的混合過程及效果進行定量分析。

8、進一步地，基于cfd數(shù)值模擬的結(jié)果，實時計算計算域內(nèi)所有網(wǎng)格的燃氣質(zhì)量分數(shù)的平均值(mean)、變異系數(shù)(cv)和偏度(skewness)。

9、平均值、變異系數(shù)和偏度的計算公式如下：

10、平均值：

11、

12、變異系數(shù)：

13、

14、偏度：

15、

16、式中，mi為第i個網(wǎng)格上的燃氣質(zhì)量分數(shù)，vi為第i個網(wǎng)格單元上體積，n為計算區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)。

17、進一步地，采用三個評價軸分別對應(yīng)計算域內(nèi)所有網(wǎng)格單元的氣體燃料質(zhì)量分數(shù)的平均值、偏度和變異系數(shù)，三個評價軸首尾相連組成三角形相空間分析評價體系，所述平均值、偏度和變異系數(shù)在三角形相空間評價體系中以定量形式表示，并構(gòu)建成曲線圖。

18、進一步地，三角形相空間分析評價體系中，三個評價軸所圍成的計算域內(nèi)所有網(wǎng)格單元的氣體燃料質(zhì)量分數(shù)的平均值和變異系數(shù)均被歸一化處理，使其數(shù)值范圍限定在0至1之間；偏度被歸一化處理并將其數(shù)值范圍調(diào)整至-0.25至0.75。

19、平均值、變異系數(shù)和偏度歸一化到0至1之間計算公式如下：

20、

21、其中x是計算域內(nèi)測定的原始數(shù)據(jù)，xmin和xmax分別是計算域內(nèi)測定的最小值和最大值。

22、根據(jù)偏度所歸一化的結(jié)果，將0-1范圍的數(shù)據(jù)映射到-0.25到0.75范圍，公式如下：

23、xfinal＝xnorm*1+(0.25)

24、其中，xfinal是最終歸一化到-0.25到0.75范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。

25、進一步地，發(fā)動機缸內(nèi)的混合過程及效果進行定量分析的邏輯為：

26、當(dāng)計算域內(nèi)所有網(wǎng)格單元氣體燃料質(zhì)量分數(shù)的平均值越大，則代表含有氣體燃料區(qū)域內(nèi)混合氣分布范圍廣；

27、平均值越小，代表含有氣體燃料區(qū)域內(nèi)混合氣分布被限制在特定的燃燒室區(qū)域，部分區(qū)域甚至不存在混合氣；

28、變異系數(shù)越高，代表含有氣體燃料區(qū)域內(nèi)混合氣離散程度高，與空氣的混合程度差；

29、變異系數(shù)越低，代表含有氣體燃料區(qū)域內(nèi)混合氣離散程度低，與空氣的混合程度好；

30、偏度越接近0，代表氣體燃料的濃度在整個混合區(qū)域內(nèi)的分布越均勻；

31、偏度小于0，代表整個混合區(qū)域內(nèi)存在低濃度氣體燃料；

32、偏度大于0，代表整個混合區(qū)域內(nèi)存在高濃度氣體燃料；

33、當(dāng)變異系數(shù)＞0.25，偏度遠離0時，且平均值較＜0.5，表明氣體燃料在缸內(nèi)分布集中且混合不均勻，即混合氣的分布呈現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象，趨向于分層混合；

34、當(dāng)變異系數(shù)＜0.25，偏度接近于0時，平均值較＞0.5，表明氣體燃料在缸內(nèi)分布廣泛且與空氣混合均勻，即混合氣的分布相對均勻，趨向于均質(zhì)混合。

35、本發(fā)明具有如下有益效果：

36、本發(fā)明不僅操作簡便，測試周期短，而且有利于降低研發(fā)成本，其主要通過計算域中每個網(wǎng)格單元內(nèi)氣體燃料質(zhì)量分數(shù)的平均值、偏度和變異系數(shù)，構(gòu)建三角形相空間評價體系，從而實現(xiàn)對燃氣發(fā)動機缸內(nèi)摻混過程及其效果的定量評估。本發(fā)明從三個維度綜合的評價了不同混合模式混合效果，使評估結(jié)果具有全面性、可比性，這一方法不僅為燃氣發(fā)動機摻混效果的研究奠定了理論基礎(chǔ)，而且為優(yōu)化發(fā)動機設(shè)計和提升摻混燃燒效率提供了新的思路和工具。

技術(shù)特征：

1.一種基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：平均值、變異系數(shù)和偏度的計算公式如下：

3.如權(quán)利要求1所述的基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：s2)中，平均值、變異系數(shù)和偏度歸一化到0至1之間計算公式如下：

4.如權(quán)利要求3所述的基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：根據(jù)偏度所歸一化的結(jié)果，將0-1范圍的數(shù)據(jù)映射到-0.25到0.75范圍，公式如下：

5.如權(quán)利要求4所述的基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：發(fā)動機缸內(nèi)的混合過程及效果進行定量分析的邏輯為：

6.如權(quán)利要求1所述的基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，其特征在于：采用三個評價軸分別對應(yīng)計算域內(nèi)所有網(wǎng)格單元的氣體燃料質(zhì)量分數(shù)的平均值、偏度和變異系數(shù)，三個評價軸首尾相連組成三角形相空間分析評價體系，所述平均值、偏度和變異系數(shù)在三角形相空間評價體系中以定量形式表示，并構(gòu)建成曲線圖。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于三角形相空間分析的燃氣發(fā)動機混合效果數(shù)值測定法，建立發(fā)動機缸內(nèi)混合過程的CFD模型，設(shè)置發(fā)動機仿真參數(shù)，并執(zhí)行數(shù)值模擬以計算分析；根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，獲取發(fā)動機缸內(nèi)混合過程至點火時刻的實時計算域內(nèi)所有網(wǎng)格的氣體燃料質(zhì)量分數(shù)，并計算其平均值、變異系數(shù)和偏度，其中平均值、變異系數(shù)和偏度均以各自歷程內(nèi)最大值進行歸一化處理；基于處理結(jié)果，建立用于評估缸內(nèi)氣體燃料與空氣混合過程及效果的三角形相空間分析評價體系；根據(jù)三角形相空間分析評價體系中平均值、變異系數(shù)和偏度的分布特征，對發(fā)動機缸內(nèi)的混合過程及效果進行定量分析。本發(fā)明從三個維度綜合的評價不同混合模式混合效果，使評估結(jié)果具有全面性。

技術(shù)研發(fā)人員：王天波,王成敏,王煜,鞏武
受保護的技術(shù)使用者：江蘇理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21