水套流场验证方法、系统、可读存储介质及计算机设备与流程

1.本发明涉及发动机设计技术领域，特别涉及一种水套流场验证方法、系统、可读存储介质及计算机设备。


背景技术：

2.随着汽车行业的飞速发展和人们生活水平的提高，发动机设计也逐渐走向成熟，发动机缸盖是发动机不可缺少的一部分，其的好坏决定发动机的密封性和散热性的优良。
3.发动机缸盖开发过程中，在确定好方案，完成初步cfd计算后，开始按照设计要求制造缸盖的样件，样件制作完成后，进行整机各项性能验证，其中，仅仅缸盖的制造周期一般为4-5个月，制作周期较长，成本较高，且若后期测试如果发现缸盖水套存在不合格，解决异常则需要投入非常大的人力物力，甚至需要重新制造缸盖。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的是提供一种水套流场验证方法、系统、可读存储介质及计算机设备，以至少解决上述技术中的不足。
5.本发明提出一种水套流场验证方法，应用于发动机，所述水套流场验证方法包括：
6.根据预设的cfd参数对所述发动机的缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第一流场数据；
7.获取所述缸盖水套在设计阶段时的基础参数，并根据所述基础参数构建几何模型；
8.获取所述发动机的额定参数，并基于台架测试法获取所述发动机在所述额定参数下的输入流速以及输出流速；
9.根据所述输入流速以及所述输出流速对所述几何模型进行流场实验，以生成对应的第二流场数据；
10.根据所述第一流场数据判断所述第二流场数据是否存在异常；
11.若所述第二流场数据不存在异常，则将所述缸盖水套的基础数据作为设计阶段的标准数据输出。
12.进一步的，所述根据所述第一流场数据判断所述第二流场数据是否存在异常的步骤之后，所述方法还包括：
13.若所述第二流场数据存在异常，则利用所述输入流速及所述输出流速更新所述cfd参数，得到更新后的cfd参数；
14.按照所述更新后的cfd参数对所述缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第三流场数据；
15.根据所述第二流场数据判断所述第三流场数据是否存在异常；
16.若所述第三流场数据不存在异常，则将所述更新后的cfd参数作为设计阶段的边界数据输出。
17.进一步的，所述根据所述第二流场数据判断所述第三流场数据是否存在异常的步骤之后，所述方法还包括：
18.若所述第三流场数据存在异常，则根据所述第一流场数据、所述第二流场数据以及所述第三流场数据构建对应的流速分布图；
19.获取两次cfd流场分析测试及流场实验的冷却水流动变化数据，并结合所述流速分布图和所述冷却水流动变化数据确定所述缸盖水套的低流速区的位置参数；
20.通过预设的优化函数对所述位置参数进行优化计算，并根据优化后的位置参数对所述缸盖水套进行优化。
21.进一步的，所述结合所述流速分布图和所述冷却水流动变化数据确定所述缸盖水套的低流速区的位置参数的步骤包括：
22.根据所述流速分布图计算出所述缸盖水套中不同区域流体的具体流向；
23.通过所述冷却水流动变化数据和所述不同区域流体的具体流向对应识别出低流速区以及滞止区的位置参数。
24.进一步的，所述基础参数至少包括所述缸盖水套的尺寸参数、厚度参数以及内部结构参数，所述根据所述基础参数构建几何模型的步骤包括：
25.根据所述尺寸参数以及所述厚度参数构建所述缸盖水套的三维数模，并将所述三维数模按照结构尺寸进行网格划分；
26.将所述内部结构参数作为边界数据，对网格化的所述三维数模进行更新，以生成对应的几何模型。
27.本发明还提出一种水套流场验证系统，应用于发动机，所述水套流场验证系统包括：
28.第一分析模块，用于根据预设的cfd参数对所述发动机的缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第一流场数据；
29.构建模块，用于获取所述缸盖水套在设计阶段时的基础参数，并根据所述基础参数构建几何模型；
30.第一获取模块，用于获取所述发动机的额定参数，并基于台架测试法获取所述发动机在所述额定参数下的输入流速以及输出流速；
31.处理模块，用于根据所述输入流速以及所述输出流速对所述几何模型进行流场实验，以生成对应的第二流场数据；
32.第一判断模块，用于根据所述第一流场数据判断所述第二流场数据是否存在异常；
33.第一输出模块，用于若所述第二流场数据不存在异常，则将所述缸盖水套的基础数据作为设计阶段的标准数据输出。
34.进一步的，所述系统还包括：
35.第二输出模块，用于若所述第二流场数据存在异常，则利用所述输入流速及所述输出流速更新所述cfd参数，得到更新后的cfd参数；
36.第二分析模块，用于按照所述更新后的cfd参数对所述缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第三流场数据；
37.第二判断模块，用于根据所述第二流场数据判断所述第三流场数据是否存在异
常；
38.第三输出模块，用于若所述第三流场数据不存在异常，则将所述更新后的cfd参数作为设计阶段的边界数据输出。
39.进一步的，所述系统还包括：
40.第四输出模块，用于若所述第三流场数据存在异常，则根据所述第一流场数据、所述第二流场数据以及所述第三流场数据构建对应的流速分布图；
41.第二获取模块，用于获取两次cfd流场分析测试及流场实验的冷却水流动变化数据，并结合所述流速分布图和所述冷却水流动变化数据确定所述缸盖水套的低流速区的位置参数；
42.优化模块，用于通过预设的优化函数对所述位置参数进行优化计算，并根据优化后的位置参数对所述缸盖水套进行优化。
43.进一步的，所述第二获取模块包括：
44.计算单元，用于根据所述流速分布图计算出所述缸盖水套中不同区域流体的具体流向；
45.处理单元，用于通过所述冷却水流动变化数据和所述不同区域流体的具体流向对应识别出低流速区以及滞止区的位置参数。
46.进一步的，所述基础参数至少包括所述缸盖水套的尺寸参数、厚度参数以及内部结构参数，所述构建模块包括：
47.划分单元，用于根据所述尺寸参数以及所述厚度参数构建所述缸盖水套的三维数模，并将所述三维数模按照结构尺寸进行网格划分；
48.更新单元，用于将所述内部结构参数作为边界数据，对网格化的所述三维数模进行更新，以生成对应的几何模型。
49.本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的水套流场验证方法。
50.本发明还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的水套流场验证方法。
51.本发明当中的水套流场验证方法、系统、可读存储介质及计算机设备，通过对缸盖水套进行cfd流场分析测试，得到第一流场数据；根据缸盖水套的基础数据构建对应的几何模型，并对几何模型进行流场实验，得到第二流场数据，进而使得对缸盖水套的流场测试更加透明可视化，根据第一流场数据和第二流场数据来提高冷却水套水流性能试验的可监控性，进而为汽车发动机冷却水套的结构优化提供更加全面的实验依据，在开发阶段对缸盖水套进行充分评估。
附图说明
52.图1为本发明一实施例中的水套流场验证方法的流程图；
53.图2为图1中步骤s102的详细流程图；
54.图3为本发明另一实施例中的水套流场验证方法的流程图；
55.图4为图3中步骤s206的详细流程图；
56.图5为本发明第二实施例中的水套流场验证系统的结构框图；
57.图6为本发明第三实施例中的计算机设备的结构框图。
58.主要元件符号说明：
59.存储器10第一获取模块13处理器20处理模块14计算机程序30第一判断模块15第一分析模块11第一输出模块16构建模块12
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60.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
61.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
62.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
63.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
64.实施例一
65.请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的水套流场验证方法，所述方法具体包括步骤s101至s106：
66.s101，根据预设的cfd参数对所述发动机的缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第一流场数据；
67.需要说明的是，该cfd参数可以为在所述缸盖水套出厂时的cfd参数，并且被预先设定在cfd测试程序中，也可以为工作人员手动将所述缸盖水套的参数输入至cfd测试程序。
68.在具体实施时，通过cfd参数对该缸盖水套进行cfd流场分析测试，进而得到该缸盖水套的第一流场数据，该第一流场数据至少包括该缸盖水套的cfd仿真测试数据。
69.s102，获取所述缸盖水套在设计阶段时的基础参数，并根据所述基础参数构建几何模型；
70.进一步的，所述基础参数至少包括所述缸盖水套在设计阶段的尺寸参数、厚度参数以及内部结构参数，请参阅图2，步骤s102具体包括步骤s1021～s1022：
71.s1021，根据所述尺寸参数以及所述厚度参数构建所述缸盖水套的三维数模，并将所述三维数模按照结构尺寸进行网格划分；
72.s1022，将所述内部结构参数作为边界数据，对网格化的所述三维数模进行更新，
以生成对应的几何模型。
73.在具体实施时，根据缸盖水套的尺寸参数、厚度参数进行三维数模的建模，该方式可以采用建模软件对缸盖水套进行初步建模，并利用内部结构参数对初步建模的三维模型进行边界数据输入，进而构建出所述缸盖水套完整的三维模型；
74.根据所述三维模型采用透明材质进行实体建模得到对应的几何模型，其中，透明缸盖的制作采用分层制作，第一层为上层，第二层为中层，第三层为下层，每一层采用透明玻璃使用加工中心仿形腔加工，再将每一层粘接，分层可根据水套结构差异选择不同方向及每层厚度，实现透明缸盖制作。缸盖水套在缸盖内流动状态通常无法进行确认，采用透明材料塑料或者玻璃材料制作一个包含水套流场的模拟缸盖用于试验，并留好流入流出接口。
75.s103，获取所述发动机的额定参数，并基于台架测试法获取所述发动机在所述额定参数下的输入流速以及输出流速；
76.可以理解的，将上述发动机放置于台架上，通过基于台架测试法获取所述发动机在其额定参数(额定输出转速、额定输出功率等相关参数)下的输入流速和输出流速。
77.s104，根据所述输入流速以及所述输出流速对所述几何模型进行流场实验，以生成对应的第二流场数据；
78.在具体实施时，将几何模型放置于流场实验设备中，在冷却水中加入示踪剂，并将所述输入流速以及输出流速作为该流场实验设备的输入参数对该几何模型进行流场实验，进而得到对应的第二流场数据，该第二流场数据至少包括该几何模型的流场实验数据。
79.s105，根据所述第一流场数据判断所述第二流场数据是否存在异常；
80.s106，若所述第二流场数据不存在异常，则将所述缸盖水套的基础数据作为设计阶段的标准数据输出。
81.在具体实施时，若第二流场数据与第一流场数据进行比对，其误差在规定的范围内(通常不超过5％)，则意味着根据该缸盖水套在设计阶段时的基础数据生产的缸盖水套中不存在无法接受的流动死区、且满足生产需求。
82.本实施例通过对缸盖水套进行cfd流场分析测试，得到第一流场数据；根据缸盖水套的基础数据构建对应的几何模型，并对几何模型进行流场实验，得到第二流场数据，进而使得对缸盖水套的流场测试更加透明可视化，根据第一流场数据和第二流场数据来提高冷却水套水流性能试验的可监控性，进而为汽车发动机冷却水套的结构优化提供更加全面的实验依据，在开发阶段对缸盖水套进行充分评估。
83.请参阅图3，在另一可选实施例中，在第一实施例的步骤s106之后，所述方法还具体包括步骤s201～s207：
84.s201，若所述第二流场数据存在异常，则利用所述输入流速及所述输出流速更新所述cfd参数，得到更新后的cfd参数；
85.在具体实施时，若所述第二流场数据与所述第一流场数据对比，其误差超过规定的范围内(5％)，意味着根据该缸盖水套在设计阶段时的基础数据生产的缸盖水套的cfd流场分析测试的cfd参数出现异常，因此需要根据所述输入流速以及所述输出流出对原cfd参数进行更新，进而得到更新后的cfd参数。
86.s202，按照所述更新后的cfd参数对所述缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到
所述缸盖水套的第三流场数据；
87.在具体实施时，通过更新后的cfd参数对该缸盖水套进行cfd流场分析测试，进而得到该缸盖水套的第三流场数据，该第三流场数据至少包括该缸盖水套的cfd仿真测试数据。
88.s203，根据所述第二流场数据判断所述第三流场数据是否存在异常；
89.s204，若所述第三流场数据不存在异常，则将所述更新后的cfd参数作为设计阶段的边界数据输出；
90.在具体实施时，若第三流场数据与第二流场数据进行比对，其误差在规定的范围内(通常不超过5％)，则意味着根据该缸盖水套的更新后的cfd参数所生产的缸盖水套中不存在无法接受的流动死区、且满足生产需求。
91.s205，若所述第三流场数据存在异常，则根据所述第一流场数据、所述第二流场数据以及所述第三流场数据构建对应的流速分布图；
92.在具体实施时，若所述第三流场数据与所述第二流场数据对比，其误差超过规定的范围内(5％)，意味着根据该缸盖水套的更新后的cfd参数生产的缸盖水套中可能存在无法接受的流动死区，则根据第一流场数据、第二流场数据以及第三流场数据构建该缸盖水套流动的流速分布图
93.s206，获取两次cfd流场分析测试及流场实验的冷却水流动变化数据，并结合所述流速分布图和所述冷却水流动变化数据确定所述缸盖水套的低流速区的位置参数；
94.进一步的，请参阅图4，步骤s206具体包括步骤s2061～s2062：
95.s2061，根据所述流速分布图计算出所述缸盖水套中不同区域流体的具体流向；
96.s2062，通过所述冷却水流动变化数据和所述不同区域流体的具体流向对应识别出低流速区以及滞止区的位置参数。
97.在具体实施时，将流速分布图导入至对应的流速分布标准曲线中进行解析计算，进而得到该缸盖水套中不同区域流体的具体流向；
98.通过示踪剂显示的冷却水流动变化数据和所述具体流向对应识别出低流速区和滞止区的位置，在该位置上冷却水流动较为缓慢或直接停止。
99.s207，通过预设的优化函数对所述位置参数进行优化计算，并根据优化后的位置参数对所述缸盖水套进行优化。
100.在具体实施时，通过缸盖水套在设计阶段的流动补偿函数反推计算出该缸盖水套的低流速区和滞止区的位置优化参数，进而通过位置优化参数优化上述缸盖水套的低流速区和滞止区，在对优化后的缸盖水套实施测试，直到缸盖水套符合要求，并以符合要求的缸盖水套的参数作为边界数据进行输入，进而实现缩短项目开发周期。
101.本实施例通过利用输入流速和输出流速优化cfd参数，进而判断出缸盖水套的异常区域，进而对异常区域进行检测优化，实现缸盖水套流场与实际流场差异对比验证评估，提高设计稳健性，避免水套设计产生冷却开裂问题，导致发动机失效，降低项目成本，缩短项目开发周期。
102.实施例二
103.本发明另一方面还提出一种水套流场验证系统，请查阅图5，所示为本发明第二实施例中的水套流场验证系统，应用于发动机，所述水套流场验证系统包括：
104.第一分析模块11，用于根据预设的cfd参数对所述发动机的缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第一流场数据；
105.构建模块12，用于获取所述缸盖水套在设计阶段时的基础参数，并根据所述基础参数构建几何模型；
106.进一步的，所述基础参数至少包括所述缸盖水套的尺寸参数、厚度参数以及内部结构参数，所述构建模块12包括：
107.划分单元，用于根据所述尺寸参数以及所述厚度参数构建所述缸盖水套的三维数模，并将所述三维数模按照结构尺寸进行网格划分；
108.更新单元，用于将所述内部结构参数作为边界数据，对网格化的所述三维数模进行更新，以生成对应的几何模型。
109.第一获取模块13，用于获取所述发动机的额定参数，并基于台架测试法获取所述发动机在所述额定参数下的输入流速以及输出流速；
110.处理模块14，用于根据所述输入流速以及所述输出流速对所述几何模型进行流场实验，以生成对应的第二流场数据；
111.第一判断模块15，用于根据所述第一流场数据判断所述第二流场数据是否存在异常；
112.第一输出模块16，用于若所述第二流场数据不存在异常，则将所述缸盖水套的基础数据作为设计阶段的标准数据输出。
113.在一些可选实施例中，所述系统还包括：
114.第二输出模块，用于若所述第二流场数据存在异常，则利用所述输入流速及所述输出流速更新所述cfd参数，得到更新后的cfd参数；
115.第二分析模块，用于按照所述更新后的cfd参数对所述缸盖水套进行cfd流场分析测试，以得到所述缸盖水套的第三流场数据；
116.第二判断模块，用于根据所述第二流场数据判断所述第三流场数据是否存在异常；
117.第三输出模块，用于若所述第三流场数据不存在异常，则将所述更新后的cfd参数作为设计阶段的边界数据输出。
118.在一些可选实施例中，所述系统还包括：
119.第四输出模块，用于若所述第三流场数据存在异常，则根据所述第一流场数据、所述第二流场数据以及所述第三流场数据构建对应的流速分布图；
120.第二获取模块，用于获取两次cfd流场分析测试及流场实验的冷却水流动变化数据，并结合所述流速分布图和所述冷却水流动变化数据确定所述缸盖水套的低流速区的位置参数；
121.进一步的，所述第二获取模块包括：
122.计算单元，用于根据所述流速分布图计算出所述缸盖水套中不同区域流体的具体流向；
123.处理单元，用于通过所述冷却水流动变化数据和所述不同区域流体的具体流向对应识别出低流速区以及滞止区的位置参数。
124.优化模块，用于通过预设的优化函数对所述位置参数进行优化计算，并根据优化
后的位置参数对所述缸盖水套进行优化。
125.上述各模块、单元被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。
126.本发明实施例所提供的水套流场验证系统，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
127.实施例三
128.本发明还提出一种计算机设备，请参阅图6，所示为本发明第三实施例中的计算机设备，包括存储器10、处理器20以及存储在所述存储器10上并可在所述处理器20上运行的计算机程序30，所述处理器20执行所述计算机程序30时实现上述的水套流场验证方法。
129.其中，存储器10至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器10在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘。存储器10在另一些实施例中也可以是外部存储装置，例如插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器10还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器10不仅可以用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
130.其中，处理器20在一些实施例中可以是电子控制单元(electronic control unit，简称ecu，又称行车电脑)、中央处理器(central processing unit,cpu)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器10中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。
131.需要指出的是，图6示出的结构并不构成对计算机设备的限定，在其它实施例当中，该计算机设备可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
132.本发明实施例还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的水套流场验证方法。
133.本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
134.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其
他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
135.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
136.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
137.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。