本发明涉及一种数据计算方法，尤其是用于尾气后处理产品背压计算的通孔式载体阻力系数计算方法。
背景技术：
：随着国家内燃机尾气污染物排放标准越来越严格，仅凭借内燃机的机内净化技术已经无法满足日益严苛的排放标准。在国五、国六阶段，根据不同的净化技术路线，需要安装一系列的后处理装置，这会在一定程度上增大背压，而背压对发动机扭矩、功率、油耗及污染物成分等均有较大影响。目前后处理装置系统背压评价基于仿真分析计算和台架试验，相较于台架试验，仿真分析计算具有节约成本、开发周期短等优点。其中CFD(计算流体动力学)仿真分析计算能考虑产品结构等因素对净化器的影响，该评价方式与台架试验的结果往往偏差较小。后处理装置系统背压的仿真分析评价的关键是算准净化器载体的背压，目前除DPF及GPF载体以外，其余净化器载体均为通孔式载体。市面上的CFD分析软件有很多，如ANSYSFluent、AVLFIRE与Star-CCM+等，但由于大部分是通用CFD软件，不能准确的考虑通孔式载体内真实的流场分布，且现有的通孔式载体阻力计算多依赖于经验参数，难以满足对尾气后处理装置系统背压计算的分析需求。技术实现要素：本发明的目的克服现有技术中存在的不足，提供一种用于尾气后处理的通孔式载体阻力系数计算方法，该计算方法能准确的考虑通孔式载体内流场分布，计算得到的通孔式载体阻力系数运用于AVLFIRE计算流体分析软件，能准确的计算出含通孔式载体的后处理装置的系统背压及流场分布，满足对机动车后处理分析的需求。本发明采用的技术方案是：一种用于尾气后处理的通孔式载体阻力系数计算方法，包括以下步骤：步骤S1，获取i个不同温度点，各温度点下j个不同质量流量下的通孔式载体背压，各温度、流量条件下的对应的背压试验数据记为Pti,qj,其中i≥2，j≥2；步骤S2，根据通孔式载体的规格，获取通孔式载体内气体的实际流通面积s；步骤S3，根据各温度、流量试验条件下对应的背压试验数据，由气体状态方程计算得出各条件下流经通孔式载体的气体密度，记为ρti,qj；步骤S4，计算各温度条件下的动力粘度，记为μti；步骤S5，根据速度公式V＝q/(s·ρ)计算出各温度、流量试验条件下通孔式载体内部气流通道的平均气体流速Vti,qj；q为质量流量，s为通孔式载体内部气体的实际流通面积，ρ为流经通孔式载体的气体密度；步骤S6，各温度、流量试验条件下对应的背压试验数据除以通孔式载体长度，得到各温度、流量试验条件下通孔式载体单位长度压力损失值dpti,qj/dx,其中x表示通孔式载体的轴向长度；步骤S7，通孔式载体阻力计算基于Forchheimer模型其中α为粘性阻力系数，β为惯性阻力系数；在该Forchheimer模型方程中，在对各温度、流量试验条件下，dpti,qj/dx，μti，Vti,qj及ρti,qj均已在步骤S1～S6中获取，故仅α和β为待求量；将多组试验数据按照试验温度点的不同将数据分为i类，每类内含j组数据，将每类中的其中两组数据两两进行求逆矩阵，求出每两组数据对应的阻力系数α和β值；根据各α和β值的差异，筛选有效数据；步骤S8，对于步骤S7中的有效数据，将各温度、流量试验条件下获取的dpti,qj/dx，μti，Vti,qj及ρti,qj信息分别代入Forchheimer模型，则会产生多个二元一次方程的超静定方程组，方程组的未知量为x′＝(α，β)，求解该方程组的最小二乘解，该最小二乘解即为该超静定方程组最优解，该最优解即为计算得到的最终阻力系数α和β值。进一步地，步骤S1中，通孔式载体根据外观尺寸、目数、壁厚、催化剂涂敷状态选定规格；步骤S2中，将通孔式载体的外观尺寸、目数、壁厚、催化剂涂敷状态信息输入到一维热力学循环软件AVLBOOST中，以获取通孔式载体内气体的实际流通面积s；进一步地，步骤S4中，根据以下两方程μ·107＝0.3875·t+180.5-ABS((t-200)·8.5/200)，Pa·s，范围t＝0～400℃μ·107＝0.2725·t+220.5-ABS((t-600)·2.5/200)，Pa·s，范围t＝400～800℃计算出各温度条件下的动力粘度，记为μti；t为温度，μ为动力粘度。进一步地，步骤S7中，某类数据中所求得到的阻力系数α和β值存在偏差大于相应预设阈值的情况，则剔除该温度条件下的相关数据。本发明的优点在于：根据通孔式载体背压试验数据，计算得到阻力系数α和β值，将所获取的阻力系数代入AVLFIRE计算流体分析软件进行仿真计算分析，所得到的通孔式载体仿真计算背压结果与试验数据的误差能控制在5％以内，能满足工程运用的需求，该方法获取的通孔式载体阻力系数使得背压的计算值与试验数据有很好的一致性。目前载体技术也在日益发展，该方法能运用于各种形式的通孔式载体，规避了使用经验参数带来的不可控误差这一问题。附图说明图1为本发明的流程图。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。按照本发明提供的技术方案，用于尾气后处理的通孔式载体阻力系数计算方法，所述计算方法包括如下步骤：步骤S1，进行所需某一外观尺寸、目数、壁厚、催化剂涂敷状态规格(例如φ101.6×152.4/300-6.5，催化剂涂敷量260g/L的规格)的通孔式载体背压测试试验，该背压测试试验在热流试验台上进行，不同温度、流量下的通孔式载体背压数据应尽可能多。假设试验在5个温度点t1、t2、t3、t4、t5(温度间隔100℃)下进行，在各温度点测量4个质量流量q1、q2、q3、q4(流量间隔200kg/h)下的通孔式载体背压，共计20组背压试验数据，各温度、流量下的对应的背压试验数据记为Pti,qj,其中i＝1,2,3,4,5；j＝1,2,3,4。步骤S2，将通孔式载体的外观尺寸、目数、壁厚、催化剂涂敷状态规格信息输入到一维热力学循环软件AVLBOOST中，在summary的GEOMETRY信息中获取通孔式载体内气体的实际流通面积s；步骤S3，根据各温度、流量试验条件下对应的背压试验数据，由气体状态方程计算得出各条件下流经通孔式载体的气体密度，记为ρti,qj；步骤S4，根据以下两方程μ·107＝0.3875·t+180.5-ABS((t-200)·8.5/200)，Pa·s，范围t＝0～400℃μ·107＝0.2725·t+220.5-ABS((t-600)·2.5/200)，Pa·s，范围t＝400～800℃计算出各温度条件下的动力粘度，记为μti；Pa·s是单位，帕·秒；t为温度，μ为动力粘度；步骤S5，根据速度公式V＝q/(s·ρ)计算出各温度、流量试验条件下通孔式载体内部气流通道的平均气体流速Vti,qj；q为质量流量，s为通孔式载体内部气体的实际流通面积，ρ为流经通孔式载体的气体密度；步骤S6，各温度、流量试验条件下对应的背压试验数据除以通孔式载体长度，可得到各温度、流量试验条件下通孔式载体单位长度压力损失值dpti,qj/dx,其中x表示通孔式载体的轴向长度；步骤S7，通孔式载体阻力计算基于Forchheimer模型其中α为粘性阻力系数，β为惯性阻力系数；在该Forchheimer模型方程中，在对各温度、流量试验条件下，dpti,qj/dx，μti，Vti,qj及ρti,qj均已在步骤S1～S6中获取，故仅α和β为待求量；将20组试验数据按照试验温度点的不同将数据分为5类，每类内含4组数据，将每类中的其中两组数据两两进行求逆矩阵，求出每两组数据对应的阻力系数α和β值；若某类数据中所求得到的各组阻力系数α和β值相差较小，则可认为该温度条件下的数据均为有效数据；若某类数据中所求得到的阻力系数α和β值存在一定偏差或偏差较大，则应剔除该温度条件下的相关数据或所有数据。下面举例对其中一类数据的处理对该步骤的说明，如温度点t1下的4组数据如下(经过步骤S1～S6，表格中的数据均为已知)：基于Forchheimer模型，对t1下的4组数据两两联立求解，过程如下：t1q1-μt1·Vt1,q1·α-ρt1,q1/2·Vt1,q12·β＝dpt1,q1/dxt1q2-μt1·Vt1,q2·α-ρt1,q2/2·Vt1,q22·β＝dpt1,q2/dx联立上表格方程组，可求解出一组α和β值，记作αt1,q1,q2和βt1,q1,q2；同理，联立其它组合方式的两组数据的方程组，可以求解出αt1,q2,q3和βt1,q2,q3；αt1,q3,q4和βt1,q3,q4；αt1,q1q3和βt1,q1,q3；αt1,q1,q4和βt1,q1,q4；αt1,q2,q4和βt1,q2,q4。温度点t1下可求解出6组α和β值。若求得的6组数据中对应的(α，β)相差较小，则可认为温度点t1下的数据均为有效数据；若求得的6组数据中对应的(α，β)存在一定偏差或偏差较大，则应剔除该温度条件下的相关数据或所有数据。步骤S8，假设在步骤S7过程中，20组试验数据均为有效数据，将各温度、流量试验条件下获取的dpti,qj/dx，μti，Vti,qj及ρti,qj信息分别代入Forchheimer模型，则会产生20个二元一次方程的超静定方程组，方程组的未知量为x′＝(α，β)，在Matlab软件中使用左除命令(x′＝A/b)求解该方程组的最小二乘解，该最小二乘解即为该超静定方程组最优解，该最优解即为计算得到的最终阻力系数α和β值。其中：矩阵矩阵与现有方法相比，本发明的优势在于：1、目前用于通孔式载体背压计算的阻力系数大部分是经验参数，但随着通孔式载体种类的日益增多、催化剂涂敷工艺的改进等因素，依赖于经验参数的背压仿真分析计算往往会出现与试验数据存在较大偏差的情况，本发明提供的通孔式载体阻力系数计算方法基于通孔式载体背压试验数据，使用该阻力系数仿真计算得到的含通孔式载体的后处理装置系统背压与试验台架数据有较好的一致性。2、本发明的计算方法对所有的通孔式载体均适用。3、计算出来的阻力系数不受发动机排气条件的影响，同一规格的通孔式载体(通孔式载体的外观尺寸、目数、壁厚、催化剂涂敷状态相同)的阻力系数为定值。4、该阻力系数运用于AVLFIRE计算流体分析软件的后处理模块，能准确的考虑通孔式载体内真实流场分布。当前第1页1 2 3