033.418s0' 3317+69.345v
[0134] +10253 · 724S-Q. 2979-0 · 00666θ3+0 · 706θ2+14 · 36Θ
[0135] 式中h为对流换热系数，s为喷油孔面积，ν为喷油速度，S为冷却面积，Θ为喷油角 度。
[0136] 步骤(5):根据喷油参数，用数学公式计算得到对流换热系数，与仿真数据进行对 比对原公式进行修正，得到精确的对流换热系数计算公式。
[0137] 将步骤(2)表1~4中的喷油参数，代入步骤(4)得出的公式中，得到计算值并与仿 真值对比验证公式正确性，其对比结果如下：
[0138] 表5不同喷油孔面积下对流换热系数对比结果
[0139]
[0140] 表6不同喷油速度下对流换热系数对比结果
[0141]
[0144]表8不同喷油角度下对流换热系数对比结果
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[0147] 由对比结果可以看出，步骤(4)拟合出公式是合理的，为了公式的准确性，将公式 的应用范围加以限制，孔径面积S在0.002~16mm 2,喷油速度V在5~40m/s，冷却面积在78~ 7850mm2,喷油角度在0~75°的范围内，公式具有很高的准确性。
[0148] 总之，本发明综合考虑了影响机械零部件表面对流换热系数的喷油参数与工件实 际工作状态，依据数值分析方法和回归理论，提出了一种新的数据拟合方法，提供了 一种对 任意喷油参数下机械零部件表面对流换热系数的计算方法，克服了以往对流换热系数获取 的复杂性，有效降低了获取机械零部件表面对流换热系数的难度和成本。
【主权项】
1. 一种用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征在于步骤如下： 步骤(1 )、建立包含影响零部件表面对流换热系数的所有喷油参数的仿真计算模型； 步骤(2 )、计算得出不同喷油参数下的对流换热系数； 步骤(3)、依据仿真数据拟合对流换热系数关于单个参数的非线性表达式； 步骤(4)、应用多变量非线性拟合理论，拟合对流换热系数关于多个变量的非线性表达 式； 步骤(5)、根据喷油参数，用数学公式计算得到对流换热系数，与仿真数据进行对比对 原公式进行修正，得到精确的对流换热系数计算公式。2. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤（1)中影响工件表面对流换热系数的所有参数包括:s喷油孔面积、v喷油速 度、S冷却面积、Θ喷油角度。3. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(1)中的仿真计算模型，即不同喷油参数的流体动力学(CFX)计算模型，模型 控制方程为： 连续方程：式中，密度/? = ，仇为^相的密度，U为流体速度； 湍流模型： ,,k~ 式中，Cu为模型常数，在此为0.09, k为湍流动能，ε为其耗散率。4. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(2)中的计算是指:通过建立不同喷油参数的有限元分析模型，设定边界条 件后进行的有限元求解计算。5. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(2)中的不同喷油参数下的对流换热系数是指：四个喷油参数，喷油孔面积 s、喷油速度V、冷却面积S、喷油角度Θ，依次变化某一变量，固定其它三个变量，得到某一变 量不同数值的对流换热系数，最终得到一系列不同参数值下的对流换热数。6. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(3)中的拟合是指:单变量的非线性回归分析，回归分析是最灵活和最常用 的统计分析方法之一，它用于分析一个因变量与一个或多自变量间的关系； 其分析过程： 建立回归函数：r = / (Α?,., /?,,) 式中因变量y的估计值； bo:常数； bi:回归系数； X:自变量； 残差值：= ·νΑ -(A: = 1,2,…尤） 式中:yk:对应xk的因变量Y的观察值； ^ :对应xk算出的Y的估计值； ek:观察值与估计值的偏差； k:观察次数； 回归分析的目标函数：上述分析过程表明，可通过最小化残差平方和求出未知参数bdPh，此估计方法称为 "最小二乘法"，最小二乘法是最重要的统计方法之一，观察值与估计值的偏差平和后，较大 偏差的权重加大，从而避免了正负偏差相互抵消。7. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(3)中对流换热系数关于单个参数的非线性表达式是指： 对流换热系数关于喷孔面积的非线性公式： h(s) = 1998s0·3317 式中h为对流换热系数，s为喷油孔面积； 对流换热系数关于喷油速度非线性公式： h(v)=69.21v+409.5 式中h为对流换热系数，v为喷油速度； 对流换热系数关于冷却面积非线性公式： h(S)=9420S-°.2979 式中h为对流换热系数，S为冷却面积； 对流换热系数关于喷油角度非线性公式： h( Θ) =-〇. 〇〇6974θ3+〇. 7392θ2+15.04Θ+1702 式中h为对流换热系数，Θ为喷油角度。8. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(4)中的多变量非线性拟合理论是指:多变量的非线性回归； 其分析过程： 建立回归函数= 式中：I因变量Y的估计值； bo:常数； bi:回归系数； Xi:自变量； 残差值:％ .=..? -九(? = 1,2,.Γ) 式中:yk:对应的因变量Υ的观察值； _Vi :对应算出的Y的估计值； ek:观察值与估计值的偏差； k:观察次数； 回归分析的目标函数：上述分析过程表明，可通过最小化残差平方和求出未知参数bo和匕。9. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(4)中的对流换热系数关于多个变量的非线性表达式是指： 对流换热系数关于孔径面积、喷油速度、冷却面积和喷油角度四个变量非线性公式： h (s, v, S, Θ) = -3326.9+2033.418s0'3317+69.345v +10253.724S-0.2979-〇. 00666θ3+0.706θ2+14.36Θ 式中h为对流换热系数，s为喷油孔面积，v为喷油速度，S为冷却面积，Θ为喷油角度。10. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(5)中的用数学公式计算得到对流换热系数是指:将不同喷油参数代入步骤 (4)得到的非线性公式中，得到该组喷油参数的对流换热系数计算值。11. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(5)中的与仿真数据进行对比对原公式进行修正是指:将对流换热系数的计 算值与仿真得到数值进行对比，验证所拟合公式的正确性。12. 根据权利要求1所述的用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其特征 在于:所述步骤(5)中的得到精确的对流换热系数计算公式是指:为了公式应用的可信性， 明确所拟合公式自变量的适用范围。
【专利摘要】一种用于快速计算机械零部件表面对流换热系数的方法，其步骤为：(1)建立针对多喷油参数下的对流换热系数计算模型；(2)得出不同喷油参数下的对流换热系数的仿真数据；(3)依据仿真数据对对流换热系数进行单一参数的非线性拟合；(4)应用多变量非线性拟合理论，对对流换热系数进行多变量的非线性拟合，得到对流换热系数的计算公式；(5)根据喷油参数，用数学公式计算得到对流换热系数，与仿真数据进行对比对原公式进行修正，得到精确的对流换热系数计算公式。本发明综合考虑影响工件表面对流换热系数的喷油参数与工件实际工作状态，应用CFX仿真技术与多变量非线性拟合理论，提出了一种快速得到机械零部件表面对流换热系数的计算方法，有效降低了获取机械零部件表面对流换热系数的难度和成本。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105608284
【申请号】CN201610012440
【发明人】王延忠, 宋贯华, 牛文韬, 陈燕燕, 唐文, 刘旸, 吴朝阳, 李岩, 王段
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月8日