CCM+的柴油机进气道稳态模拟计算自动化程序.docx

PAGE 1 PAGE 1 CCM+的柴油机进气道稳态模拟计算自动化程序  气道设计是发动机设计工作的重要内容，而单相气体稳态流淌三维计算技术经过长期发展已经非常成熟，收敛性好且可以得到较精确的解。但计算同一气道多升程下的工况，涉及的稳态计算案例多，前后处理工作量大且要保证条件全都，工作过程繁琐易出错，故可以将过程模式化以通过程序执行。本文简要介绍了基于CCM+的柴油机进气道CFD计算自动化工作的思路及方法，并以某柴油机进气道为例，进行了计算分析。  0引言  发动机缸内的气流运动对发动机的燃烧、排放物生成关系极大，是影响发动机性能的重要因素之一。要获得良好的燃烧过程，最有效的措施是组织空气运动，而由于气道结构外形打算着吸气涡流质量的好坏，所以气道对于柴油机性能影响特别显著，因此设计出符合要求的气道一直是内燃机设计的一项重要内容。  在气道设计初期，试验方法周期长、成本高，而CFD计算可以快速较精确获得流量系数和缸内流淌的具体数据，为设计与优化供应指导。单相气体的稳态流淌计算较为成熟，收敛性好且可以得到较精确的解，但涉及到与试验相匹配的各个升程下的稳态计算case多，前后处理量大、过程繁琐，由于STAR-CCM+的网格生成功能适应性较强，且气道的组成和几何构型相对比较简洁，而多面体网格的适应性强，故采用STAR-CCM+进行的稳态气道模拟分析的设置过程可以模式化，通过程序执行，可大大降低时间成本，提高工作效率。  1STAR-CCM+的二次开发功能与Java语言简介  由于STAR-CCM+采用Java语言进行封装，各种功能、方法、对象的调用均可通过继承或引用CCM+程序包来实现，所以采用Java语言进行二次开发工作。  1.1Java语言简介  Java是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言，是由SunMircrosystem公司于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台(即JaSE、JavaEE、JavaME)的总和。Java技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性与安全性，广泛应用于个人PC、数据中心、超级计算机、移动电话和互联网等领域。  Java平台由Java虚拟机(JVM)和Java应用编程接口(API)构成。Java应用编程接口为此供应了一个独立于操作系统的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。在硬件或者操作系统平台上安装Java平台之后，Java应用程序就可运行。Java平台已经嵌入了几乎全部操作系统。这样Java程序可以只编译一次，就在各种系统中运行。但是由于其每次执行编译后的字节码需要消耗一定的时间，这同时也在一定程度上降低了Java程序的运行效率。  Java语言是面向对象的，供应类、接口和集成等原语，为了简洁起见，只支持类之间的单继承，但支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制。Java语言全面支持动态绑定，是一个纯的面向对象程序设计语言。  其拥有的各项优良特性使得Java应用具有特别好的健壮性和牢靠性，这将削减应用系统的维护费用。Java对对象技术的全面支持和Java平台内嵌的API能缩短应用系统的开发时间并降低成本。基于其为软件开发过程供应的有关技术与丰富的类库，STAR-CCM+采用Java进行封装，故其二次开发也采用Java语言。  1.2STAR-CCM+二次开发方式简介  封装好的CCM+程序具有图形操作简洁，界面友好，易学易用等特点，但带来的后果是程序开放性不强，不支持代码操作不便于进行高级修改。为了给用户自定义程序供应一个入口，CCM+采用mon包中的StarMacro类来实现这一功能，使得用户可以通过编写StarMacro的子类来实现在程序当中运行自己编辑的宏命令。  编辑宏文件存在两种方式，一是通过用户界面宏操作面板上的“录制”按钮自动生成需要的代码，一种是在对CCM+的类库以及各个常用类的方法有所了解之后自行引入CCM+的基本类库在集成编译环境或者自由编辑器当中自行编写开发。在宏文件的编辑完成之后，实现自定义程序的运行可以通过两个方式，一种与之前类似，是通过用户界面宏操作面板上的“播放”按钮运行程序，另一种是直接通过操作系统指令（Windows下的cmd命令或者Linux系统在shell下操作）在打开CCM+时指定宏文件执行。  这种做法虽然为用户自定义程序的实现成为可能，但开发团队之外的用户想深入计算模型的修改目前看来仍非常困难。并且，对于初学者而言，虽然在短时间内把握录制和播放宏文件的方法并不困难，但假如要实现大量相似但并不完全相同模型（特殊是几何模型有差异）的设置、网格划分、计算、后处理过程，通过简洁的录制