燃烧系统的仿真优化设计方法、装置、设备及介质与流程

本技术涉及燃烧系统，特别涉及一种燃烧系统的仿真优化设计方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、发动机的动能源自于气缸内部油气混合物的高速燃烧，该过程产生的“爆炸力”是动力的来源。在一个封闭的气缸燃烧空间里，一个火花塞能够在恰当的时刻将恰当比例的空气和汽油混合物点燃，产生强大的爆炸力。由于燃烧室顶部是固定的，这个巨大的压力会推动活塞向下运动，通过连杆驱动曲轴，再通过一系列的机构将动力传递到驱动轮上，从而推动汽车前进。汽油机的燃烧过程通常分为两个阶段；首先是点火阶段，从火花塞产生火花开始，使得火花附近的混合气迅速氧化，温度升高，形成第一个火焰；其次是火焰传播阶段，此时活塞处于上止点附近，火焰前沿以每秒30至70米的速度向四周扩散，直到最远端，此时气缸内的压力和温度迅速升高，直到可燃混合气完全燃烧。火焰前沿的传播速度决定了发动机的燃烧效率、燃油消耗和排放。而提升火焰前沿的传播速度的关键因素是缸内的湍流动能。

2、燃烧系统的设计是汽油发动机开发的核心环节。在该环节中主要需要提高燃烧速率和防止爆震的发生。然而，在设计阶段直接发现潜在的问题往往具有较大挑战性，在满足油耗、排放和动力性需求的同时，现代汽油机对燃烧速度提出了更高的要求。传统的燃烧系统设计方法耗时且繁琐，从燃烧系统详细设计、喷油器设计、缸内燃烧爆震计算到缸内燃烧爆震计算评价，流程冗长，如图1所示，一旦不满足设计要求，就需要返回最初的设计方案进行调整。此外，直接评价燃烧爆震时，各种设计因素相互耦合，难以分清单一影响因素，对优化设计方案的选择也不利。因此，整个优化设计流程难以满足发动机研发快速更新的需求。

3、综上所述，传统燃烧系统无法在设计的早期阶段进行有效纠错，难以得到快速准确的燃烧系统设计评估方案，极大影响燃烧系统研发的效率和效果，亟待解决。

技术实现思路

1、本技术提供一种燃烧系统的仿真优化设计方法、装置、设备及介质，以解决传统燃烧系统无法在设计的早期阶段进行有效纠错，难以得到快速准确的燃烧系统设计评估方案，极大影响燃烧系统研发的效率和效果等问题。

2、本技术第一方面实施例提供一种燃烧系统的仿真优化设计方法，包括以下步骤：获取目标车辆的燃烧系统设计参数，并根据所述燃烧系统设计参数确定燃烧系统中缸盖燃烧室和活塞燃烧室对应的结构布局和评价指标；基于预设的多区域燃烧模型的简化计算策略，将所述燃烧系统中的燃烧空间划分为多个燃烧子区域，并根据所述结构布局和所述评价指标确定所述多个燃烧子区域中每个燃烧子区域的燃烧子区域控制策略，且获取所述燃烧子区域控制策略对应的燃烧计算结果，其中，所述多个燃烧子区域包括滞燃区、急燃前区、急燃中区、急燃后区和尾燃区；确定所述多区域燃烧模型的多个多区燃烧评估参数，并通过所述多个多区燃烧评估参数评估所述燃烧计算结果，以生成多区燃烧评估结果，并根据所述多区燃烧评估结果优化所述燃烧系统的仿真设计流程，得到满足预设仿真优化条件的目标燃烧系统。

3、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计方法能够在设计初期实施多区燃烧的简化计算评价，建立一个微型流程循环，从而使得团队能够在设计阶段早期识别并修正潜在的设计问题，从而提高整个研发过程的效率和效果。

4、可选地，在本技术的一个实施例中，所述获取目标车辆的燃烧系统设计参数，包括：获取所述目标车辆的发动机主参数，并根据所述发动机主参数计算所述燃烧空间的总体积；计算所述总体积和所述缸盖燃烧室的比例关系，并根据预设的燃烧室简化模型和所述比例关系确定所述燃烧系统设计参数。

5、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计方法通过获取目标车辆的发动机主参数，以确定燃烧系统设计参数，并缸盖燃烧室和活塞燃烧室进行精细化设计，从而有效确保了燃烧系统的性能能够达到最优，从而提升了发动机的整体效率和性能。

6、可选地，在本技术的一个实施例中，所述将所述燃烧系统中的燃烧空间划分为多个燃烧子区域，并根据所述结构布局和所述评价指标确定所述多个燃烧子区域中每个燃烧子区域的燃烧子区域控制策略，包括：将所述燃烧系统中的燃烧空间划分为所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区；分别获取所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区对应的燃烧要求，并根据所述燃烧要求、所述结构布局和所述评价指标确定所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区对应的燃烧子区域控制策略。

7、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计方法通过在燃烧过程模拟中引入多区域燃烧模型的简化计算策略，即使在缺少火花塞的情况下，也可通过一个简化的点火模式进行工作，并可将燃烧空间划分为滞燃区、急燃前区、急燃中区、急燃后区以及尾燃区等关键区域，从而通过细致的分区和相应的分区控制策略，显著提升了对燃烧室内燃烧过程的理解，并为发动机性能的优化提供了强有力的理论和实践基础。

8、可选地，在本技术的一个实施例中，所述确定所述多区域燃烧模型的多个多区燃烧评估参数，包括：基于预设滚流比曲线、所述燃烧系统在不同工况下进气阶段的滚流比峰值和所述燃烧系统在压缩阶段和点火时刻滚流信息，确定所述多个多区燃烧评估参数中的滚流强度评估参数；根据所述燃烧系统中火花塞区域的湍动能分布情况、所述燃烧系统在不同工况下压缩阶段和点火时刻的湍动能峰值确定所述多个多区燃烧评估参数中的湍流动能评估参数；通过所述燃烧系统的残余废气率和残余废气分布确定所述多个多区燃烧评估参数中的残余废气评估参数，同时确定所述多个多区燃烧评估参数中的燃烧放热评估参数。

9、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计方法通过分析滚流强度、湍流动能、残余废气和燃烧放热四大类型的评估参数，在虚拟环境中模拟和评估不同燃烧区域的行为，系统地评估燃烧计算结果，确保每个区域的燃烧效率和整体系统的协同作用达到最优，从而不仅加快了燃烧系统仿真设计过程，还提高了发动机性能，同时有效降低了成本和环境影响，为发动机设计和开发带来了革命性的改进。

10、可选地，在本技术的一个实施例中，所述根据所述多区燃烧评估结果优化所述燃烧系统的仿真设计流程，得到满足预设仿真优化条件的目标燃烧系统，包括：判断所述多区燃烧评估结果是否满足预设的多区燃烧评价要求；如果所述多区燃烧评估结果满足所述多区燃烧评价要求，则确定所述燃烧系统中喷油器结构，并根据所述喷油器结构计算缸内燃烧爆震，得到缸内燃烧爆震结果，且对所述缸内燃烧爆震结果进行计算评价操作，以生成计算评价结果，并在所述计算评价结果满足预设爆震评价要求的情况下，得到所述目标燃烧系统；如果所述多区燃烧评估结果不满足所述多区燃烧评价要求，则更新所述缸盖燃烧室和所述活塞燃烧室对应的结构布局和评价指标，生成所述结构布局和所述评价指标的更新结果，并根据所述更新结果重新执行燃烧计算结果评估操作。

11、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计方法根据多区燃烧控制策略，通过在设计初期实施多区燃烧的简化计算评价，建立一个微型流程循环，以对燃烧系统的设计计算工作流程进行优化，从而缩短燃烧系统设计优化的时间周期，优化了燃烧系统设计计算工作流程，从而提前发现并解决可能的设计缺陷，使得设计方案的评估更加迅速和精确。

12、本技术第二方面实施例提供一种燃烧系统的仿真优化设计装置，包括：获取模块，用于获取目标车辆的燃烧系统设计参数，并根据所述燃烧系统设计参数确定燃烧系统中缸盖燃烧室和活塞燃烧室对应的结构布局和评价指标；划分模块，用于基于预设的多区域燃烧模型的简化计算策略，将所述燃烧系统中的燃烧空间划分为多个燃烧子区域，并根据所述结构布局和所述评价指标确定所述多个燃烧子区域中每个燃烧子区域的燃烧子区域控制策略，且获取所述燃烧子区域控制策略对应的燃烧计算结果，其中，所述多个燃烧子区域包括滞燃区、急燃前区、急燃中区、急燃后区和尾燃区；评估模块，用于确定所述多区域燃烧模型的多个多区燃烧评估参数，并通过所述多个多区燃烧评估参数评估所述燃烧计算结果，以生成多区燃烧评估结果，并根据所述多区燃烧评估结果优化所述燃烧系统的仿真设计流程，得到满足预设仿真优化条件的目标燃烧系统。

13、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计装置通过获取模块、划分模块和评估模块，在设计初期实施多区燃烧的简化计算评价，建立一个微型流程循环，从而使得团队能够在设计阶段早期识别并修正潜在的设计问题，从而提高整个研发过程的效率和效果。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，所述获取模块包括：计算单元，用于获取所述目标车辆的发动机主参数，并根据所述发动机主参数计算所述燃烧空间的总体积；第一确定单元，用于计算所述总体积和所述缸盖燃烧室的比例关系，并根据预设的燃烧室简化模型和所述比例关系确定所述燃烧系统设计参数。

15、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计装置通过计算单元和第一确定单元获取目标车辆的发动机主参数，以确定燃烧系统设计参数，并缸盖燃烧室和活塞燃烧室进行精细化设计，从而有效确保了燃烧系统的性能能够达到最优，从而提升了发动机的整体效率和性能。

16、可选地，在本技术的一个实施例中，所述划分模块包括：空间分配单元，用于将所述燃烧系统中的燃烧空间划分为所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区；控制单元，用于分别获取所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区对应的燃烧要求，并根据所述燃烧要求、所述结构布局和所述评价指标确定所述滞燃区、所述急燃前区、所述急燃中区、所述急燃后区和所述尾燃区对应的燃烧子区域控制策略。

17、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计装置通过空间分配单元和控制单元在燃烧过程模拟中引入多区域燃烧模型的简化计算策略，即使在缺少火花塞的情况下，也可通过一个简化的点火模式进行工作，并可将燃烧空间划分为滞燃区、急燃前区、急燃中区、急燃后区以及尾燃区等关键区域，从而通过细致的分区和相应的分区控制策略，显著提升了对燃烧室内燃烧过程的理解，并为发动机性能的优化提供了强有力的理论和实践基础。

18、可选地，在本技术的一个实施例中，所述评估模块包括：第二确定单元，用于基于预设滚流比曲线、所述燃烧系统在不同工况下进气阶段的滚流比峰值和所述燃烧系统在压缩阶段和点火时刻滚流信息，确定所述多个多区燃烧评估参数中的滚流强度评估参数；第三确定单元，用于根据所述燃烧系统中火花塞区域的湍动能分布情况、所述燃烧系统在不同工况下压缩阶段和点火时刻的湍动能峰值确定所述多个多区燃烧评估参数中的湍流动能评估参数；第四确定单元，用于通过所述燃烧系统的残余废气率和残余废气分布确定所述多个多区燃烧评估参数中的残余废气评估参数，同时确定所述多个多区燃烧评估参数中的燃烧放热评估参数。

19、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计装置通过第二确定单元、第三确定单元和第四确定单元分析滚流强度、湍流动能、残余废气和燃烧放热四大类型的评估参数，在虚拟环境中模拟和评估不同燃烧区域的行为，系统地评估燃烧计算结果，确保每个区域的燃烧效率和整体系统的协同作用达到最优，从而不仅加快了燃烧系统仿真设计过程，还提高了发动机性能，同时有效降低了成本和环境影响，为发动机设计和开发带来了革命性的改进。

20、可选地，在本技术的一个实施例中，所述评估模块还包括：判断单元，用于判断所述多区燃烧评估结果是否满足预设的多区燃烧评价要求；优化单元，用于如果所述多区燃烧评估结果满足所述多区燃烧评价要求，则确定所述燃烧系统中喷油器结构，并根据所述喷油器结构计算缸内燃烧爆震，得到缸内燃烧爆震结果，且对所述缸内燃烧爆震结果进行计算评价操作，以生成计算评价结果，并在所述计算评价结果满足预设爆震评价要求的情况下，得到所述目标燃烧系统；迭代单元，用于如果所述多区燃烧评估结果不满足所述多区燃烧评价要求，则更新所述缸盖燃烧室和所述活塞燃烧室对应的结构布局和评价指标，生成所述结构布局和所述评价指标的更新结果，并根据所述更新结果重新执行燃烧计算结果评估操作。

21、通过上述技术方案，本技术的燃烧系统的仿真优化设计装置通过判断单元、优化单元和迭代单元根据多区燃烧控制策略，通过在设计初期实施多区燃烧的简化计算评价，建立一个微型流程循环，以对燃烧系统的设计计算工作流程进行优化，从而缩短燃烧系统设计优化的时间周期，优化了燃烧系统设计计算工作流程，从而提前发现并解决可能的设计缺陷，使得设计方案的评估更加迅速和精确。

22、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器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程序，以实现如上述实施例所述的燃烧系统的仿真优化设计方法。

23、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的燃烧系统的仿真优化设计方法。

24、由此，本技术的实施例具有以下有益效果：

25、本技术的实施例可通过获取目标车辆的燃烧系统设计参数，并根据燃烧系统设计参数确定燃烧系统中缸盖燃烧室和活塞燃烧室对应的结构布局和评价指标；基于预设的多区域燃烧模型的简化计算策略，将燃烧系统中的燃烧空间划分为多个燃烧子区域，并根据结构布局和评价指标确定多个燃烧子区域中每个燃烧子区域的燃烧子区域控制策略，且获取燃烧子区域控制策略对应的燃烧计算结果，其中，多个燃烧子区域包括滞燃区、急燃前区、急燃中区、急燃后区和尾燃区；确定多区域燃烧模型的多个多区燃烧评估参数，并通过多个多区燃烧评估参数评估燃烧计算结果，以生成多区燃烧评估结果，并根据多区燃烧评估结果优化燃烧系统的仿真设计流程，得到满足预设仿真优化条件的目标燃烧系统。本技术通过在设计初期实施多区燃烧的简化计算评价，建立一个微型流程循环，从而使得团队能够在设计阶段早期识别并修正潜在的设计问题，从而提高整个研发过程的效率和效果。由此，解决了传统燃烧系统无法在设计的早期阶段进行有效纠错，难以得到快速准确的燃烧系统设计评估方案，极大影响燃烧系统研发的效率和效果等问题。

26、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。