matlab进气过程源程序,基于Matlab/WAVE的汽油机工作过程的联合仿真优化

内燃机的发展方向是在满足未来排放要求的前提下,获得最大的动力性和最好的经济性,并且要求在最短的时间内,以最少的成本设计出最优产品[1].这就要求内燃机的方案设计必须与仿真计算和优化计算结合起来,进行最优化设计.作者利用内燃机性能仿真软件WAVE对462PFI汽油机全负荷工况和部分负荷工况的工作过程进行了仿真计算,并将仿真结果与相应工况下的实测值进行了对比分析.利用Matlab优化工具箱中的优化函数和WAVE仿真计算模型进行联合计算,通过Simulink调用仿真计算模型,改变优化参数的输入,并得到相应参数匹配的计算结果[2].1462PFI汽油机仿真模型的建立软件WAVE是建立在对工质一维有限变动的整体热力学分析基础上的,用它对依赖时间的流体动力学和热化学参量进行积分可得到均值.缸内参数计算采用容积法,并提供了一系列仿真模型可供选择,如燃烧模型、燃油蒸发模型、摩擦模型、排放模型和爆震预测模型等[3].1.1仿真计算模型简介燃烧模型采用典型的准维双区燃烧模型;燃油蒸发模型建立在Hiroyasu等所提公式的基础上;传热模型建立在Woschni所提公式的基础上;摩擦模型建立在Chen-Flynn所提公式的基础上;NOx排放模型建立在J.B.Heywood所提公式基础上;爆震预测模型建立在Douaud和Eyzat所提公式的基础上.应用WAVE软件建立的计算模型如图1所示.132气体管路;B系统边界;R管路接头;Y稳压腔;C气缸;I喷油器;A控制触发器;S传感器图1汽油机仿真计算模型Fig.1Simulationmodelofgasolineengine1.2仿真模型的验证462PFI汽油机基本参数:气缸数4个;缸径62mm;冲程66mm;连杆长112mm;压缩比=8.5;在转速n=5500r/min时,点火提前角=30(对应于上止点之前的曲轴转角);比油耗be=292.7g/(kWh);功率为31.49kW(额定功率点);在转速n=4400r/min时,有效转矩Me=60.54Nm;比油耗be=270.9g/(kWh).在全负荷状态下,发动机在11个转速工况点计算得到的外特性数据与实验数据对比如图2所示.在部分负荷状态下,发动机在11个转速工况点计算得到的NOx排放数据与实验数据对比如图3所示.(a)转矩(b)比油耗(c)功率图2转矩、功率和比油耗的仿真值与实验值对比Fig.2Comparisonoftorque,powerandbrakespecificfuelconsumptionbetweenthepredictedandmeasuredvalues图3氮氧化物排放量NOx仿真值与实验值的对比Fig.3ComparisonofemissionofNOx,predictedandmeasuredvalues由图2和图3可以看出,发动机外特性和氮氧化物排放的仿真曲线和实测曲线的变化趋势基本一致,虽然某些工况点的仿真数值偏离实测数值,但偏差数值在5%之内,在工程允许的范围内,计算模型的精度是可以接受的.另外,转矩曲线2个波峰点对应着比油耗曲线的2个波谷点,是由于利用了发动机在低速区的谐振进气点和高速区的惯性进气点进气的缘故.2发动机性能优化2.1优化算法求解单目标多参数有约束的非线性规划问题有罚函数法、可行方向法、遗传算法、序列二次规划法等[3].作者选用序列二次规划法(SQP方法)[4].多目标优化问题采用改进的目标逼近方法,权重采用人为加权法[3].2.2优化策略仿真优化计算的优化策略如图4所示.所谓联合仿真优化计算就是在优化算法中反复调用仿真计算程序

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