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GT-power中文手册
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2018-04-15
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GT-power 的中文手册,GT-power的初学者良好的入门材料
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工作方向:发动机及其 CAE,空气动力 NVH;地点:重庆;E-mail:xkzhuyikun@126.com
GT-POWER
中文使用手册
作 者:风声无边(“空气动力 NVH”版主)
联系方式:
E-mail:xkzhuyikun@126.com
QQ:52637879
TEL:13452897188
方向:发动机及其 CAE,空气动力 NVH;地点:重庆;E-mail:xkzhuyikun@126.com
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GT-POWER 基本功能介绍
1、GT-power 模型数据库(Template)的组织体系
GT-power 的模块数据库是用户建模的基础,根据物理模型的特点,数据库主要分为七大类:
●Flow:与流动有关的模块,如管道、阀门等,同时还包括气体、燃油的特性数据等。这是 GT-power 使
用频率最高的一类模块。
●Mechanial:与机械结构有关的模块,如弹簧、内燃机机体等,还有多种金属的特性数据等。
●Thermal:附加的一些热计算模块,如有限元热计算模块等。
●Electrical:与电、磁有关的模块,如电动机、电池、电磁阀等。
●Control:与控制系统有关的模块,如 PID、传感器等。
●Analysis:与数据分析有关的模块,如 FFT、监视器等。
●General:通用的模块,如各种循环工况的速度曲线、数据表等。
2、GT-power 模块的分类标准
以上数据库分类中的每一类,其模块又可分为 4 类:
●Component:基本模块。用于描述物理、化学现象的基本模块。
●Compound:复合模块。由 Component 和 Connection 等组成的模块封装。GT-power 将一些常见的复杂结
构表示为一个模块,如内燃机机体、车体等,节省了用户的建模时间。
●Connection:连接模块。在 GT-SUITE 中规定——任何 Component 和 Compound 之间都需要由 Connection
连接。
●Reference:参考模块。主要是计算模块和内置模块,如燃烧模块、材料的特性数据等。
还有另外几个小类:Control/Analysis、Sensor/Actuator 等。
3、GT-power 牵涉到流体流动计算、传热传质模拟、燃烧过程模拟,控制仿真等方面的内容,主要的理论
基础如下:
①网格划分(离散化)。
GT-power 采用一维交错网格,标量在网格中心计算,如压力、温度等;矢量在网格的交接面计算,如
速度、质量流量等。
●网格的粗细(离散化长度)由用户定义。
●对于通常的内燃机性能计算,推荐:
进气系统,离散长度≈0.4×缸径;
排气系统,离散长度≈0.55×缸径。
●计算噪声时,建议此时的离散化长度是性能计算时的一半。
●尽量使网格的粗细趋于均匀,这有利于提高计算精度和减少计算时间。
●在一定的范围内,网格越粗,那么时间步长越大,计算速度越快,精度有一定的降低;同理,网格越细,
那么时间步长越细,计算速度越慢,精度有一定的提高。
●GT-power 根据 COURANT 数选择合适的时间步长,以维持计算的稳定。
●COURANT 数通常不大于 0.8,用户也可调整该值。
②流量系数。
GT-power的流量系数 C
D
:C
D
=有效通流面积/参考通流面积。
●参考通流面积通常与阀门、节流口的直径有关,由用户根据实际情况确定。
●参考通流面积可以是定值或变值:
通流面积为定值:零升程时,流量系数为零;
通流面积为变值:零升程时,流量系数大于零。
③管接头的设置。
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管接头部分有关复杂的流动情况,为了尽可能准确地描述此处的流动,GT-power 引入三个概念:
●膨胀直径(Expansion Diameter):流体进入管接头后所能达到的直径。主要用于计算流量系数和能量损
失。
●特征长度(Characteristic Length):从流体进入管接头,到达管壁或流体边界的长度。主要用于计算压力
波的传递和反射。
●管接头各端口的空间角度,下图所示,图中 α、β、γ分别是端口 P 对应于 X、Y、Z 轴的夹角。
●各个端口需要设置相对于 X、Y、Z 三个坐标轴的角度。
●坐标系为当地坐标系,角度为空间夹角,因此角度的变化范围是 0°到 180°,角度的正值与负值没有
区别。
●GT-power 中,用户可使用管接头的三维编辑和效果显示功能。
●计算角度时,为了方便计算,可以以管接头中心向各端口作一矢量,当然各端口同时指向管接头中心也
可以。
④内燃机燃烧模型
a.柴油机的燃烧模型
●利用试验得到的放热率曲线,使缸内燃烧与之一致。
●Wiebe 函数模型。
●准三维喷雾模型。将雾束区域分为 500 个区域;模拟贯穿、破碎、混合、蒸发、点火、燃烧。
●用户燃烧模型。
b.汽油机燃烧模型
●利用试验得到的放热率曲线,使缸内燃烧与之一致。
●Wiebe 函数模型。
●准三维湍流火焰模型。在火花塞附近产生的是球形火焰,与燃烧室结构互相作用;通过缸内湍流计
算火焰速度。
●GDI——直喷式汽油机。模拟过程更加复杂(喷射、蒸发、混合);需要单独模型。
●用户燃烧模型。
⑤温度和传热
●缸壁温度
Twall:指定气缸、活塞、缸壁的平均温度。
TwallDetail:将气缸内部分或更多的区,独立设置传热系数。
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TwallSoln:指定气缸几何形状,自动生成有限元求解温度。
●使用 Twall 和 TwallDetail 时,如果用户没有气缸温度的数据,我们推荐:气缸头为 550~600K;活塞为
550~600K;缸壁为 400K。
●管壁的温度可由用户指定,也可通过设置传热模型求解。
●进排气端口的温度:由于该处的流动、传热等情况很复杂,我们推荐进气端口的温度为 450K;排气端
口的温度为 550K。
⑥GT-power 的文件系统
GT-power 根据后缀名管理文件:
●Filename.gto:模型数据库文件;
●Filename.gtm:用户建立的模型图文件;
●Filename.dat:求解器自动调用的文件,对应于用户建立的模型图;
●Filename.out:主要的输出结果文件,包含了计算中间结果、错误、命令、提示等。
4、GT-power 的模块
1)模块所处状态的层次结构
模块在建模时是以不同的状态出现的,为了方便管理,主要分为三层结构:
●模板(Template):这是模块的原始状态,出现在数据库中,没有具体参数。
●实体(Object):有具体参数的模块,而且该模块用于管理一批类似结构的部件。
●部件(Part):出现在建模区模块图上的模块,这是实际物理存在的模块,而不是概念。部件继承了
它的实体的属性,部分参数可以重载(Override),使其具有区别于实体的属性。
2)模块参数的设置
GT-power 有关参数设置的几个概念:
●具体数值。
●“ign”:该参数忽略。
●“def”:该参数使用 GT-power 的缺省值。
●普通变量:将变量名置于方括号中,如[para],在“case setup”中输入具体的数值或引用参考模块
等其它对象。
●指针变量:直接输入变量名,此时变量名为绿色,此类变量直接指向参考模块等其它对象。
3)运行参数的设置
在运行
GT-power 计算前,还需在“Run Setup”进行运行参数的设置,主要包括:
●“Case Legend”:算例的说明。
●仿真时间的控制:根据时间、循环数等控制。
●求解方法:显式格式、隐式格式。
●流动求解控制:壁温、摩擦等的控制。
●收敛控制:判断流动是否达到收敛精度要求,用户可附加收敛条件(如内燃机的转速等)。
●输出参数:控制输出参数的属性,输出动画等。
●定制表格:定制用户自己的输出表格。
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Tutorial 1.单缸发动机模型的建立(火花塞点火 SI 和直喷压燃 DICI)
启动 GT-ISE:双击 GT-ISE 图标→选择 File/New→点击 GT Project Map→选择 GT-power。
至此将打开一个空白的 project map 和 project library。
加载模板(template)到工程图(project)中:
从菜单栏(menu)中选择 Window→Tile With Template Library,这个时候 GT-POWER 的模板库(template
library)将显式在屏幕的左边。其包含所有可以在 GT-POWER 中使用的
模板。在创建实体(objects)和部件(parts)之前,需先将需要的模板复制到工程图中。按照下面所示的,
将模板拖到工程图中。
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