一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法及其预测系统

1.本发明属于动力能源技术领域，具体涉及一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法及其预测系统。


背景技术：

2.随着全球航运事业的飞速发展，船用发动机的动力性、经济性和可靠性成为船舶生产商和用户关注的焦点，当前，低油耗和低排放仍然是船用发动机发展的基本目标。在船用二冲程直流扫气发动机系统中，超长的换气过程增加了缸内气体状态和流动的复杂性，缸内涡流水平直接影响燃油-空气混合气的形成，进而影响燃烧效率和排放。因此有必要对缸内扫气过程涡流水平进行研究。
3.由于船用低速机体积庞大且整机试验成本较高，因此目前国内外专家学者多通过数值模拟来进行研究，包括计算流体力学(cfd)模型(多维模型)和现象学模型(零维、准维模型)。其中通过cfd模拟的研究大多是在不同结构参数及扫气策略下对缸内气流温度场、压力场、速度场及质量场等进行模拟和预测，进而对扫气效果进行评估；但计算流体力学模型耗时较长，且难以进行快速参数化研究，而现象学模型由于包含了物理过程的详细描述、具有较快的计算速度、可以与数据驱动模型结合形成实时灰箱模型等优点，在发动机模拟中愈发重要；目前国内外相关学者针对扫气过程气流运动水平的现象学模型研究大多是在k-k或k-ε模型基础上，针对不同气流组织形式提出了不同的湍流模型；但大多研究都是针对小型中高速机，且是四冲程、进排气阀式结构，这与低速机二冲程、气口-气阀式结构有很大的不同，进而导致缸内气流运动和组织形式都有较大的不同，最终直接影响燃料-空气的混合。


技术实现要素：

4.本发明提供一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法及其预测系统，实现对船用低速机二冲程直流扫气式结构的涡流水平的快速稳健预测，为低速机喷雾燃烧提供初始边界条件，为发动机数字化提供模型基础。
5.本发明通过以下技术方案实现：
6.一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述预测方法包括以下步骤：
7.步骤1：根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场；
8.步骤2：根据步骤1的直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；
9.步骤3：根据步骤2描述的涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；
10.步骤4：根据气体质量流失情况，计算质量流失导致的涡流角动量损失；
11.步骤5：根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；
12.步骤6：根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；
13.步骤7：根据步骤3的理论涡流角动量及步骤4-6的角动量损失，实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。
14.一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤2具体为，函数公式如下：
[0015][0016]
其中u
θ
是缸内涡流在某一半径上的周向速度，而us是最大周向速度，a和b均为标定参数，其中d气缸直径。
[0017]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤3具体为，基于改良的sigmoid速度场，将涡流角动量在空间进行积分，经过推导最终得到涡流角动量表达式如下：
[0018][0019]
其中，ρ是扫入空气的密度，v
swirl
是涡流所占有的体积。
[0020]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤4具体为，质量流失导致的涡流角动量损失值与逃逸的空气质量成正比，
[0021]
即l
mass_loss
∝mair_loss
。
[0022]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤5具体为，选择用平板上流动的摩擦公式来估算摩擦应力，并基于改良的sigmoid速度场确定合适的特征长度d及速度尺度u
s or u
θ
，具体公式如下：
[0023][0024][0025]
其中τ和τr分别是气缸衬套和活塞顶部的摩擦应力，而reb和re分别是应用于气缸衬套和活塞顶部的雷诺数，cf是摩擦系数，λ是引入的经验常数，以考虑平板和缸壁之间的差异，c1是一个经验常数，μ为动力粘度。
[0026]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，由摩擦应力的定义可得摩擦力矩，而扫气过程中由于壁面摩擦导致的角动量损失则为摩擦力矩在时间上的积分；
[0027][0028][0029]
其中a是摩擦面积，r是半径，t0是摩擦力矩作用的起始时间，t1是摩擦力矩作用的结束时间，m
wall_friction
是摩擦力矩，l
wall_friction
是壁面摩擦导致的角动量损失量。
[0030]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤6具体为，涡流由于内剪切一部分能量转化为湍动能，其中涡流比内能损失率为，
[0031][0032]
其中ρ是扫入空气的密度，m
swirl
是涡流质量，是涡流任意半径上的周向速度；
[0033]
而涡流产生湍流的速率为，
[0034][0035]
其中k
swirl
是涡流产生的湍动能，gs是涡流导致的湍动能产生率，ηs是涡流产生的湍动能占其平均流动能的百分比，us是涡流最大周向速度，lj是湍流积分长度尺度；
[0036]
经过推导最终可得，
[0037][0038]
则由涡流内剪切导致的角动量损失为，
[0039][0040]
其中t0是涡流内剪切作用的起始时间，t1是涡流内剪切作用的结束时间。
[0041]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测系统，包括：
[0042]
直流扫气缸内涡流速度场模块，根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；
[0043]
理论涡流角动量计算模块，根据涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；
[0044]
质量流失导致的涡流角动量损失计算模块，根据气体质量流失情况，计算其导致的涡流角动量损失；
[0045]
壁面摩擦导致的涡流角动量损失计算模块，根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；
[0046]
涡流内剪切导致的角动量损失计算模块，根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；
[0047]
低速机扫气过程缸内涡流角动量预测模块，根据理论涡流角动量及质量流失导致的涡流角动量损失、壁面摩擦导致的涡流角动量损失和涡流内剪切导致的角动量损失，实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。
[0048]
一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中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计算机程序时实现如上述方法的步骤。
[0049]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤
[0050]
本发明的有益效果是：
[0051]
本发明根据角动量守恒原理和理想的缸内涡流速度分布，提出了一种计算简便的涡流角动量预测方法，可以实现针对船用低速机涡流角动量的快速准确预测。
[0052]
本发明基于改良的sigmoid函数提出的理想缸内涡流速度场，可通过改变模型参
数来适应不同的低速机机型，实现了本发明预测方法的普适性。
附图说明
[0053]
图1是本发明的方法流程图。
[0054]
图2是本发明的直流扫气缸内涡流速度场示意图。
[0055]
图3是本发明利用该预测方法得到的涡流角动量结果。
具体实施方式
[0056]
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
实施例一
[0058]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述预测方法包括以下步骤：
[0059]
步骤1：以某一船用低速机为研究对象，分析扫气过程中缸内气流运动速度变化及分布情况，根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场；
[0060]
步骤2：根据步骤1的直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；
[0061]
步骤3：根据步骤2描述的涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；
[0062]
步骤4：根据气体质量流失情况，计算质量流失导致的涡流角动量损失；
[0063]
步骤5：根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；
[0064]
步骤6：根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；
[0065]
步骤7：根据步骤3的理论涡流角动量及步骤4-6的角动量损失，实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。
[0066]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤2具体为，通过分析低速机缸内速度云图，可以得出，缸内涡流的周向速度在轴向上几乎不变，而在径向上由气缸中心到缸壁逐渐增大，在靠近缸壁处由于壁面摩擦导致速度没有进一步增大，参见图2所示，函数公式如下：
[0067][0068]
其中u
θ
是缸内涡流在某一半径上的周向速度，而us是最大周向速度，a和b均为标定参数，其中d气缸直径。
[0069]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤3具体为，基于改良的sigmoid速度场，将涡流角动量在空间进行积分，经过推导最终得到涡流角动量表达式如下：
[0070][0071]
其中，ρ是扫入空气的密度，v
swirl
是涡流所占有的体积。
[0072]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤4具体为，船用低速机扫气时间长，且排气阀长时间处于打开状态，这导致了部分空气的逃逸，空气逃逸量越大，涡流角动量损失就越大，质量流失导致的涡流角动量损失值与逃逸的空气质量成正比，
[0073]
即l
mass_loss
∝mair_loss
。
[0074]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤5具体为，计算壁面摩擦导致的角动量损失；涡流在运动过程中时刻与气缸内壁面(包括气缸衬套和活塞顶部)接触，在摩擦应力的作用下产生壁面摩擦，继而导致角动量不断衰减。其中，合适的摩擦应力计算方法是求解由于壁面摩擦导致角动量损失的关键。对此，本发明选择用平板上流动的摩擦公式来估算摩擦应力，并基于改良的sigmoid速度场确定合适的特征长度d及速度尺度u
s or u
θ
，具体公式如下：
[0075][0076][0077]
其中τ和τr分别是气缸衬套和活塞顶部的摩擦应力，而reb和re分别是应用于气缸衬套和活塞顶部的雷诺数，cf是摩擦系数，λ是引入的经验常数，以考虑平板和缸壁之间的差异，c1是一个经验常数，μ为动力粘度。
[0078]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，由摩擦应力的定义可得摩擦力矩，而扫气过程中由于壁面摩擦导致的角动量损失则为摩擦力矩在时间上的积分。
[0079][0080][0081]
其中a是摩擦面积，r是半径，t0是摩擦力矩作用的起始时间，t1是摩擦力矩作用的结束时间，m
wall_friction
是摩擦力矩，l
wall_friction
是壁面摩擦导致的角动量损失量。
[0082]
一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，所述步骤6具体为，计算涡流内剪切导致的角动量损失；涡流的生成及发展是一个从不稳定到稳定的过程，在速度梯度的作用下，涡流内部的剪切层产生了湍流，这直接导致了涡流角动量的损失，可以说部分涡流的能量转化为湍动能，即
[0083]
涡流由于内剪切一部分能量转化为湍动能，其中涡流比内能损失率为，
[0084][0085]
其中ρ是扫入空气的密度，m
swirl
是涡流质量，是涡流任意半径上的周向速度；
[0086]
而涡流产生湍流的速率为，
[0087][0088]
其中k
swirl
是涡流产生的湍动能，gs是涡流导致的湍动能产生率，ηs是涡流产生的湍动能占其平均流动能的百分比，经标定后为0.004，us是涡流最大周向速度，lj是湍流积分
长度尺度，根据dulbecco模型有其中是模型标定参数v为气缸体积。
[0089]
联立上述公式，经过推导最终可得，
[0090][0091]
则由涡流内剪切导致的角动量损失为，
[0092][0093]
其中t0是涡流内剪切作用的起始时间，t1是涡流内剪切作用的结束时间。
[0094]
实施例二
[0095]
下面以一实验对本技术实施例一所提供的一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法的效果进行展示。
[0096]
基于本技术实施例提出的船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，与现有技术进行了比较，实验结果表明，本技术实施例提出的船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法预测准确率优于现有方法，同时预测的时间大大缩短，证实了方法的有效性同时为发动机数字化提供模型基础。上述船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法的效果展示图如图3所示，其中，实线表示converge软件计算出来的涡流角动量，正方形、圆形、上三角形和下三角形表示通过本预测方法计算出来的考虑不同角动量损失情况后的角动量值；从中可以看出，通过本预测方法可以实现对扫气过程关键节点处的不同角动量损失情况进行快速稳健预测。本技术实施例提出的船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法具有普适性。
[0097]
实施例三
[0098]
本技术实施例提供了一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测系统，所述预测系统包括直流扫气缸内涡流速度场模块、理论涡流角动量计算模块、质量流失导致的涡流角动量损失计算模块、壁面摩擦导致的涡流角动量损失计算模块、涡流内剪切导致的角动量损失计算模块及低速机扫气过程缸内涡流角动量预测模块；
[0099]
所述直流扫气缸内涡流速度场模块，根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；
[0100]
所示理论涡流角动量计算模块，根据涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；
[0101]
所述质量流失导致的涡流角动量损失计算模块，根据气体质量流失情况，计算其导致的涡流角动量损失；
[0102]
所述壁面摩擦导致的涡流角动量损失计算模块，根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；
[0103]
所示涡流内剪切导致的角动量损失计算模块，根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；
[0104]
所述低速机扫气过程缸内涡流角动量预测模块，根据理论涡流角动量及质量流失
导致的涡流角动量损失、壁面摩擦导致的涡流角动量损失和涡流内剪切导致的角动量损失，实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。
[0105]
由上可见，本技术实施例提供了一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测系统，提出一种计算简便的涡流角动量预测模块，可以实现针对船用低速机涡流角动量的快速准确预测；同时基于改良的sigmoid函数提出的理想缸内涡流速度场，可通过改变模型参数来适应不同的低速机机型，实现了本预测方法的普适性。此外，本技术实施例船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测系统预测准确率优于现有方法，同时预测的时间大大缩短，实现了实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。
[0106]
实施例四
[0107]
本技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，其中，存储器用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器和处理器通过总线连接。具体地，处理器通过运行存储在存储器的上述计算机程序时实现上述实施例一中的任一步骤。
[0108]
应当理解，在本技术实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0109]
存储器可以包括只读存储器、快闪存储器和随机存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器。
[0110]
由上可见，本技术实施例提供的电子设备，可通过搭建直流扫气缸内涡流速度场实现如实施例一所述的船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，得到区别于k-k或k-ε模型的为低速机喷雾燃烧的描述涡流在缸内的周向速度变化情况。通过计算简便的涡流角动量预测及基于改良的sigmoid函数提出的理想缸内涡流速度场，可通过改变模型参数来适应不同的低速机机型，不仅实现了针对船用低速机涡流角动量的快速准确预测，同时也证明了本发明预测方法具有一定的普适性。
[0111]
应当理解，上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于以计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
[0112]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0113]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0114]
需要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。
[0115]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0116]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0117]
上述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述预测方法包括以下步骤：步骤1：根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场；步骤2：根据步骤1的直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；步骤3：根据步骤2描述的涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；步骤4：根据气体质量流失情况，计算质量流失导致的涡流角动量损失；步骤5：根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；步骤6：根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；步骤7：根据步骤3的理论涡流角动量及步骤4-6的角动量损失，实现对低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。2.根据权利要求1所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述步骤2具体为，函数公式如下：其中u
θ
是缸内涡流在某一半径上的周向速度，而u
s
是最大周向速度，a和b均为标定参数，其中d气缸直径。3.根据权利要求1所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述步骤3具体为，基于改良的sigmoid速度场，将涡流角动量在空间进行积分，经过推导最终得到涡流角动量表达式如下：其中，ρ是扫入空气的密度，v
swirl
是涡流所占有的体积。4.根据权利要求3所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述步骤4具体为，质量流失导致的涡流角动量损失值与逃逸的空气质量成正比，即l
mass_loss
∝
m
air_loss
。5.根据权利要求3所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述步骤5具体为，选择用平板上流动的摩擦公式来估算摩擦应力，并基于改良的sigmoid速度场确定合适的特征长度d及速度尺度u
s or u
θ
，具体公式如下：，具体公式如下：其中τ和τ
r
分别是气缸衬套和活塞顶部的摩擦应力，而re
b
和re分别是应用于气缸衬套和活塞顶部的雷诺数，c
f
是摩擦系数，λ是引入的经验常数，以考虑平板和缸壁之间的差异，c1是一个经验常数，μ为动力粘度。6.根据权利要求5所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，由摩擦应力的定义可得摩擦力矩，而扫气过程中由于壁面摩擦导致的角动量损失则
为摩擦力矩在时间上的积分；m
wallfriction
＝∫
a
τ
(r)
·
rda其中a是摩擦面积，r是半径，t0是摩擦力矩作用的起始时间，t1是摩擦力矩作用的结束时间，m
wall_friction
是摩擦力矩，l
wall_friction
是壁面摩擦导致的角动量损失量。7.根据权利要求3所述一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法，其特征在于，所述步骤6具体为，涡流由于内剪切一部分能量转化为湍动能，其中涡流比内能损失e
swirl
为，其中ρ是扫入空气的密度，m
swirl
是涡流质量，是涡流任意半径上的周向速度；而涡流产生湍流的速率为，其中k
swirl
是涡流产生的湍动能，g
s
是涡流导致的湍动能产生率，η
s
是涡流产生的湍动能占其平均流动能的百分比，u
s
是涡流最大周向速度，l
j
是湍流积分长度尺度；经过推导最终可得，则由涡流内剪切导致的角动量损失为，其中t0是涡流内剪切作用的起始时间，t1是涡流内剪切作用的结束时间。8.一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测系统，其特征在于，包括：直流扫气缸内涡流速度场模块，根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；理论涡流角动量计算模块，根据涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；质量流失导致的涡流角动量损失计算模块，根据气体质量流失情况，计算其导致的涡流角动量损失；壁面摩擦导致的涡流角动量损失计算模块，根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；涡流内剪切导致的角动量损失计算模块，根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失；低速机扫气过程缸内涡流角动量预测模块，根据理论涡流角动量及质量流失导致的涡流角动量损失、壁面摩擦导致的涡流角动量损失和涡流内剪切导致的角动量损失，实现对
低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测。9.一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种船用低速机扫气过程缸内涡流角动量的预测方法及其预测系统。步骤1：根据发动机机型，搭建直流扫气缸内涡流速度场；步骤2：根据直流扫气缸内涡流速度场，利用改良的Sigmoid函数来模拟速度场，以此来描述涡流在缸内的周向速度变化情况；步骤3：根据涡流在缸内的周向速度变化情况，计算理论涡流角动量；步骤4：根据气体质量流失情况，计算其导致的涡流角动量损失；步骤5：根据摩擦应力公式，计算壁面摩擦导致的涡流角动量损失；步骤6：根据涡流能量的转化，计算涡流内剪切导致的角动量损失。实现对船用低速机二冲程直流扫气式结构的涡流水平的快速稳健预测，为低速机喷雾燃烧提供初始边界条件，为发动机数字化提供模型基础。模型基础。模型基础。


技术研发人员：刘岱 韩笑 刘龙 邵伟洋 李玉超
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/16