本发明实施例涉及计算机数值模拟技术领域，尤其涉及一种车用发电机风噪的数值模拟方法、装置、计算设备和存储介质。
背景技术：
随着汽车在人类社会的普及，汽车噪声越来越受到人们的关注，而汽车噪声的来源很大一部分来自汽车中的发电机。
发电机的噪声很大一部分来源于发电机在转动过程中产生的风噪，发电机风噪的产生与发电机本身结构、电机转速息息相关，为了减少发电机的风噪，往往需要对发电机的风噪进行数值计算。
现有的车用发电机风噪数值模拟方法并不能很好地建立起符合发电机风噪数值模拟要求的流体网格，导致发电机风噪数值模拟结果不准确，与实际电机风噪差异较大。
技术实现要素：
本发明提供一种车用发电机风噪的数值模拟方法、装置、计算设备和存储介质，以解决现有的车用发电机风噪数值模拟方法过程中建立的流体网格难以符合风噪数值模拟要求导致的发电机风噪数值模拟结果不准确的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种车用发电机风噪的数值模拟方法，包括：
建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型；
建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型；
以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型；
建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域；
对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格；
设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车用发电机风噪的数值模拟装置，包括：
旋转域模型建立模块，用于建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型；
旋转域滑移面建立模块，用于建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型；
静止域模型建立模块，用于以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型；
静止域滑移面建立模块，用于建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域；
计算流体网格划分模块，用于对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格；
稳态计算模块，用于设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的数值模拟方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述的数值模拟方法。
本发明实施例提供的一种车用发电机风噪的数值模拟方法，通过在建立的发电机的三维模型的基础上，利用滑移网格技术，将旋转域滑移面和静止域滑移面完全重叠，大大减少交界面处的滑移网格技术的计算误差，从而在此基础上建立的待计算流体网格能够较为精确地模拟计算车用发电机的流场参数，为进一步地精确计算风噪提供了数据支撑。
附图说明
图1是本发明实施例一的一种车用发电机风噪的数值模拟方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例的旋转域模型和旋转域滑移面组合示意图；
图3是本发明实施例对图2中的旋转域模型进行网格划分后的网格结构示意图；
图4是本发明实施例对旋转域滑移面30和旋转域模型进行网格划分后的网格结构示意图；
图5是本发明实施例对所述旋转域模型和旋转域滑移面进行网格划分，并删除所述旋转域模型对应的旋转域部分后的待计算流体网格沿图4中a-a’向的剖面图；
图6是本发明实施例的静止域模型和静止域滑移面组合示意图；
图7是本发明实施例的静止域模型和背景域组合示意图；
图8是本发明实施例对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分后，获得的待计算流体网格示意图；
图9是本发明实施例的待计算流体网格沿图8中a-a’向的剖面图；
图10是本发明实施例二的一种车用发电机风噪的数值模拟方法的步骤流程图；
图11是本发明实施例三的一种车用发电机风噪的数值模拟装置的结构框图；
图12是本发明实施例四提供的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种车用发电机风噪的数值模拟方法的步骤流程图，本实施例可适用于对车用发电机的风噪数值模拟的情况，本实施例的车用发电机包括但不限于爪机发电机和ibsg(intergratedbelt-drivenstarter/generator集成皮带传动启动/发电一体化)电机，以及非皮带传动的gmg电机(gearboxmotorgeneration变速箱集成式电动机/发电机)，该方法可以由各类计算设备来执行，具体包括如下步骤：
步骤101、建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型。
具体的，发电机的三维模型可以通过catia、solidworks、proe等三维建模软件参考实际的发电机的尺寸大小来建立，通常发电机的三维模型可以包括定子铁芯、定子绕组、转子、转子励磁绕组、皮带轮、端盖(前端盖、后端盖，通常靠近皮带轮一侧的端盖为前端盖，远离皮带轮一侧的端盖为后端盖)、轴承(包括内圈和外圈)、风扇(通常又可以分为前风扇和后风扇，通常前风扇为靠近前端盖的风扇，后风扇为靠近后端盖的风扇，前风扇和后风扇不一定同时存在)这些部件的三维模型。
在建立发电机的三维模型后，可以以三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型，以示该旋转域模型中的转子和风扇模拟实际的发电机中的转子和风扇的转动。
步骤102、建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型。
步骤103、以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型。
具体的，在建立发电机的三维模型后，可以以三维模型中的前端盖、后端盖和定子作为静止域模型，以示该静止域模型中的前端盖、后端盖和定子模拟实际的发电机中的前端盖、后端盖和定子的静止状态。
旋转域滑移面是滑移网格技术中旋转域和静止域之间的交界面位于旋转域的部分，在本发明实施例中，由于发电机本身转子和风扇是嵌套在前端盖和后端盖之间形成的空间中的，因此，可以建立圆柱体的旋转域滑移面，该旋转域滑移面完全包络旋转域模型，同时不超出前端盖和后端盖之间形成的空间范围。
步骤104、建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域。
静止域滑移面是滑移网格技术中旋转域和静止域之间的交界面位于静止域的部分，在建立圆柱体旋转域滑移面后，也就对应地建立了与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，使得利用滑移面网格技术时大大减少交界面处的计算误差。
其中，“背景域”是本次风噪数值模拟过程中的本领域技术人员自行定义的需要考虑受发电机产生的风噪影响的空间范围，也被称作进出口，通常可以为环绕所述静止域模型的一个球体表面、前端盖、后端盖和定子外表面、静止域滑移面所组成的封闭空间。
步骤105、对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格。
具体的，对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分的方法可以利用现有技术中常用的icem、gambit等专用的网格划分软件，当然本领域技术人员也可以自行编制程序进行，参照图2示出的本发明实施例的旋转域模型和旋转域滑移面组合示意图，其中转子如图2中10示出，风扇如图2中的20示出，旋转域滑移面如图2中的30示出，对图2中的旋转域模型进行网格划分后的网格结构示意图如图3所示，对旋转域滑移面30和旋转域模型进行网格划分后的网格结构示意图如图4所示，其中图4中仅示出了旋转域滑移面30的网格，旋转域模型的网格被遮挡，图4中未示出，对所述旋转域模型和旋转域滑移面进行网格划分，并删除所述旋转域模型对应的旋转域部分后的待计算流体网格沿图4中a-a’向的剖面图如图5所示。
参照图6示出的本发明实施例的静止域模型和静止域滑移面组合示意图，以及图7示出的本发明实施例的静止域模型和背景域组合示意图，其中前端盖如图6中40示出，后端盖如图6中50示出，静止域滑移面如图6中60示出(静止域滑移面60与图4中的旋转域滑移面完全重合，位于前端盖40和后端盖50形成的空间内)，背景域如图7中70示出，对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分后，获得的待计算流体网格如图8所示，图9为本发明实施例的待计算流体网格沿图8中a-a’向的剖面图。
步骤106、设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
通常，在对需要模拟的问题进行数值模拟时，会经历如下过程：建立控制方程，确认初始条件及边界条件，划分计算网格，生成计算节点，建立离散方程，离散初始条件和边界条件，给定求解控制参数，求解离散方程，判断解的收敛性，显示和输出计算结果。
在本发明实施例中，可以设置计算流体网格中的气体介质密度，发电机转速等初始条件，然后根据该初始条件以及其他数值模拟计算必要的其他步骤，例如选取合适的控制方程，设置合适的边界条件等，在计算流体网格的基础上对流场进行稳态计算，获得稳态的流场参数，其中获得的稳态的流场参数可以包括计算网格处每一节点处的介质流速、压力和加速度等。
本发明实施例提供的一种车用发电机风噪的数值模拟方法，通过在建立的发电机的三维模型的基础上，利用滑移网格技术，将旋转域滑移面和静止域滑移面完全重叠，大大减少交界面处的滑移网格技术的计算误差，从而在此基础上建立的待计算流体网格能够较为精确地模拟计算车用发电机的流场参数，为进一步地精确计算风噪提供了数据支撑。
需要说明的是，在上述步骤101-106的基础上，为了研究不同的初始条件(例如不同的发电机转速)对稳态的流场参数的影响，在本发明的一种优选实施例中，该数值模拟方法还可以包括如下步骤：设置不同的所述待计算流体网格的初始条件，获取所述流场参数与所述不同初始条件之间的关联关系，从而可以为不同转速下的发电机风噪计算都提供流场参数数据。
实施例二
图10为本发明实施例二的一种车用发电机风噪的数值模拟方法的步骤流程图，本实施例是在实施例一基础上的改进，相同之处可以参照实施例一，本实施例二在此不作赘述，参照图10，本发明实施例二的车用发电机风噪的数值模拟方法可以包括如下步骤：
步骤201、建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型。
步骤202、建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型。
步骤203、以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型。
步骤204、建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域。
步骤205、对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格。
步骤206、设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
步骤207、将所述流场参数作为所述待计算流体网格的瞬态计算的初始条件，计算所述流场压力的瞬态值。
具体的，瞬态计算的目的是为了获取待计算流体网格中每一计算节点处的流场参数随时间的变化规律，每一计算节点处流场参数随时间的变化规律也会与风噪大小随时间的变化规律对应，在本发明实施例中，在步骤206已经获取稳态的流场参数之后，为了进一步提高后续瞬态计算的准确性，可以以稳态的流场参数值作为瞬态数值模拟计算的初始条件，获得流场参数的瞬态值，其中包括了流场压力的瞬态值。
步骤208、在所述旋转域模型中建立声学边界元网格，以所述流场压力的瞬态值加载到所述边界元网格。
具体的，声学边界元网格是本领域技术人员所关心的定义域的边界上的网格，具体边界元网格的建立方法可以利用lmsvirtual.lab等软件中现有的方法在旋转域模型中建立，通常，由于风噪辐射的无方向性，在旋转域模型中建立的边界元网格可以为包含所述旋转域模型的球体的表面，建立声学边界元网格之后，可以将步骤207中计算的流场压力的瞬态值加载到边界元网格中以作为边界元计算方法的初始条件。
步骤209、利用边界元法计算所述发电机的风噪。
在本发明实施例中，将流场压力的瞬态值加载到边界元网格中后，可以继续利用lmsvirtual.lab等软件，利用压力脉动产生振动，振动发声的原理计算发电机风噪(风噪辐射)，为实际的发电机风噪提供参考。
需要说明的是，对于一些车用发电机的三维模型，其各组成部分中有一些较细微的结构的情况下，例如转子和风扇的风叶上的倒角、筋板和孔洞，前端盖和后端盖上的倒角等这些微小结构，如果这些微小结构的尺度小于一定的预设尺寸，例如0.5mm，在后续网格划分过程中，会严重影响网格质量，为了能够在后续待计算流体网格划分时能够划分出质量较好的网格，本发明实施例的方法还可以包括：删除所述转子和风扇的风叶上的倒角、筋板和孔洞，并删除所述前端盖和后端盖上的倒角。
相似地，对于一些车用发电机的三维模型，其前端盖与皮带轮连接部分，前端盖合皮带轮之间的间隙也会较小，如果该间隙的尺度小于一定的预设尺寸，例如0.5mm，在后续网格划分过程中，会严重影响网格质量，为了能够在后续待计算流体网格划分时能够划分出质量较好的网格，本发明实施例的方法还可以包括：设置所述前端盖与皮带轮连接部分封闭，即如图6中的前端盖与皮带轮连接部分80直接设置在前端盖上，而不预留一定的间隙。
与实施例一中的“为了研究不同的初始条件(例如不同的发电机转速)对稳态的流场参数的影响”的目的类似，为了研究不同的初始条件(例如不同的发电机转速)对发电机风噪的影响，在上述步骤201-209的基础上，该数值模拟方法还可以包括如下步骤：设置不同的所述待计算流体网格的初始条件，获取所述发电机的风噪与所述不同初始条件之间的关联关系，从而可以直接观测不同发电机转速下所计算出的发电机风噪，为发电机降低风噪的设计提供数据支持。
实施例三
图11为本发明实施例三的一种车用发电机风噪的数值模拟装置的结构框图，本发明实施例的数值模拟装置具体可以包括：
旋转域模型建立模块301，用于建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型；
旋转域模型建立模块302，用于建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型；
静止域模型建立模块303，用于以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型；
静止域滑移面建立模块304，用于建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域；
计算流体网格划分模块305，用于对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格；
稳态计算模块306，用于设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
在本发明的一种优选实施例中，还包括：
瞬态计算模块，用于将所述流场参数作为所述待计算流体网格的瞬态计算的初始条件，计算所述流场压力的瞬态值；
边界元网格建立模块，用于在所述旋转域模型中建立声学边界元网格，以所述流场压力的瞬态值加载到所述边界元网格；
风噪计算模块，用于利用边界元法计算所述发电机的风噪。
在本发明的一种优选实施例中，还包括：
第一模型修正模块，用于删除所述转子和风扇的风叶上的倒角、筋板和孔洞，并删除所述前端盖和后端盖上的倒角；
第二模型修正模块，用于设置所述前端盖与皮带轮连接部分封闭。
在本发明的一种优选实施例中，还包括：
关联关系获取模块，用于设置不同的所述待计算流体网格的初始条件，获取所述流场参数与所述不同初始条件之间的关联关系。
在本发明的一种优选实施例中，关联关系获取模块还用于设置不同的所述待计算流体网格的初始条件，获取所述发电机的风噪与所述不同初始条件之间的关联关系。
本发明实施例所提供的数值模拟装置可执行本发明任意实施例所提供的数值模拟方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图12为本发明实施例四提供的一种计算设备的结构示意图，如图12所示，该计算设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；计算设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图12中以一个处理器40为例；计算设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图12中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的数值模拟方法对应的程序指令/模块(例如，数值模拟装置中的旋转域模型建立模块301、旋转域滑移面建立模块302、静止域模型建立模块303、静止域滑移面建立模块304、计算流体网格划分模块305和稳态计算模块306)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的数值模拟方法。
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种数值模拟方法，该方法包括：
建立所述发电机的三维模型，以所述三维模型中的转子和风扇作为旋转域模型；
建立圆柱体的旋转域滑移面，所述旋转域滑移面完全包络所述旋转域模型；
以所述三维模型中的前端盖、后端盖、和定子作为静止域模型；
建立与所述旋转域滑移面完全重叠的静止域滑移面，以及环绕所述静止域模型的背景域；
对所述旋转域模型、旋转域滑移面、静止域滑移面、静止域模型和背景域进行网格划分，并删除所述旋转域模型和静止域模型对应的网格部分，获得待计算流体网格；
设置所述待计算流体网格的初始条件，基于所述待计算流体网格对流场进行稳态计算，获得流场参数。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的数值模拟方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述数值模拟装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。