ОПЫТ ФИРМЫ AVL LIST GMBH В ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДОВ

ОПЫТ ФИРМЫ AVL LIST GMBH В ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ И АВТОМОБИЛЕЙ
Использование программных продуктов в процессе производства двигателей и
автомобилей.
В настоящее время требованием автомобильной промышленности является
интенсивное применение компьютерного моделирования в процессе разработки продукции.
Это требование вызвано острой конкурентной борьбой на рынке автомобилей и двигателей,
где основными факторами, влияющими на конкурентоспособность продукции являются
снижение сроков разработки продукции, снижение стоимости разработки продукции,
снижение стоимости самой продукции и повышение ее качества. Сейчас существует много
программного обеспечения (ПО) для моделирования различных физических процессов.
Методы моделирования, заложенные в основу этого ПО, обладают широкими
возможностями. Однако, эти методы моделирования необходимо внедрить более глубоко в
процесс разработки.
Простые математические модели дают возможность выбора оптимальной
конструкции из большого числа вариаций на стадии концептуального проектирования и на
начальных стадиях разработки.
С усложнением спецификации продукции увеличивается сложность математических
моделей. Из-за увеличения числа параметров точность результатов расчета должна
проверяться в период изготовления прототипов. Такая проверка является необходимым
условием дальнейшего развития расчетных методов. В результате инженер получает
уверенность в том, что рабочие условия численной модели близки к реальности.
На
всех
стадиях
процесса
разработки двигателя необходимо, чтобы
знания и опыт разработчиков двигателей,
Разработка и
Управление
База
накопленные за долгие годы работ, тесно
математическое
объемом
данных
моделирование
знаний
переплетались с использованием методов
математического моделирования при
прогнозировании
и
оптимизации
различных конструктивных элементов
Экспериментальные
разработки
двигателя, и с испытаниями прототипов.
Методы
математического
моделирования
в
этом
случае
подтверждаются
и
корректируются
накопленными инженерными знаниями и
опытом с одной стороны и испытаниями
прототипов с другой стороны, а сами в свою очередь дают возможность пополнять знания и
опыт новыми нетривиальными решениями и ведут процесс разработки по оптимальному
пути, экономя время и материал на создании нежизнеспособных прототипов.
Вклад каждой из этих составляющих изменяется в процессе разработки:
На стадии принятия стратегического решения Ноу-Хау доминирует, а упрощенные
математические модели используются для прогнозирования тенденций системы или
подсистем.
На стадии концептуального проектирования роль моделирования существенно
возрастает. К этому моменту Ноу-Хау предоставляет несколько концептуальных решений.
1/12
Методы компьютерного моделирования в этом случае должны обеспечить результаты более
высокого качества, на основании которых можно будет сделать выбор из концептуальных
решений.
В процессе выбора и проектирования первого поколения двигателей, которое делает
концептуальную конструкцию завершенной, используются математические модели высокой
сложности. Эти модели должны гарантировать, что первый прототип двигателя представляет
оптимальную отправную точку для как можно более быстрого достижения целей разработки.
Во время разработки первого поколения двигателей интенсивно используются как
методы математического моделирования, так и методы моделирования на испытательных
стендах. При этом достигается существенное улучшение качества моделирования.
Во время работ над вторым поколением двигателей доминируют методы
моделирования на испытательном стенде. Расчетные методы используются частично для
быстрого решения проблем. При этом, требования к точности и скорости получения
результатов очень высоки.
Во время серийного производства двигателей, следующего за процессом разработки
реального двигателя, роль методов математического моделирования существенно снижается.
На этой стадии доминируют испытания двигателей на автомобиле.
Для того, чтобы методы моделирования не только поддерживали но и вели процесс
разработки, необходимо более тесное совместное использование моделирования и
испытаний прототипов.
Программные продукты фирмы AVL LIST GmbH.
Фирма АВЛ разработала, использует и представляет на рынок большой перечень
программного обеспечения для моделирования двигателя и автомобиля. Разработкой
программных подуктов для моделирования двигателей и автомобилей на фирме AVL
занимается департамент передовых технологий моделирования (AST – Advanced Simulation
Technologies). Программные продукты условно разделяются на три группы:
• Моделирование трехмерной газовой динамики двигателей и автомобилей (CFD –
Calculation Fluid Dinamics). Эти программые продукты наиболее наукоемкие и
используются для моделирования течений жидкостей и газов в цилиндре двигателя,
впускном и выпускном трактах, рубашке охлаждения, процессов смесеобразования,
сгорания, выделения загрязняющих веществ, получения локальных температур,
коэффициентов теплоотдачи и т.д., а так-же для моделирования внешней
аэродинамики автомобиля, вентиляции и обогрева салона, размораживания лобового
стекла и т.д. Эта группа представлена программами FIRE, SWIFT, FAME, IMPRESS.
• Моделирование термодинамического цикла ДВС, моделирование кинематики и
динамики механических компонентов, таких как ЦПГ, ГРМ, системы впрыска,
подшипников и т.д. Эта группа представлена программами BOOST, BRICKS, GLIDE,
EXCITE, TYCON, HYDSIM.
• Моделирование автомобиля в целом: поведение автомобиля на дороге, подбор
оптимальной трансмиссии и двигателя. Этот раздел представлен одной программой
CRUISE.
Каждый программный продукт применяется на определенной стадии процесса
разработки двигателя.
Далее приводится краткое описание программых продуктов AVL.
CFD Workflow Manager фирмы AVL представляет из себя интегрированную среду для
трехмерного моделирования динамики жидкости и газа, обладающую широкими
2/12
возможностями моделирования одновременно с современным пользовательским
интерфейсом, что обеспечивает снижение стоимости разработок и увеличение
производительности. Это гибко спроектированный инструмент, обеспечивающий
интеграцию в современные технологические процессы и развивающийся вместе с
изменениями технологического окружения.
FAME служит для генерации высококачественных расчетных сеток в сжатых
временных рамках.
Программа позволяет автоматически генерировать сетки,
состоящие из тетраэдрических, шестигранных, полигранных
элементов, гибридные и неструктурированные сетки, и в тоже
время дает возможность ручного построения и доводки сеток
на всех этапах создания модели. FAME имеет позволяет
получать данные из CAD систем и передавать данные через
прямые интерфейсы в другие популярные коммерческие
препроцессоры и расчетные программы.
Программа FIRE разработана для моделирования переходных процессов продувки,
формирования рабочей смеси, процесса сгорания и образования токсических веществ в
отработавших газов, а также комплексного охлаждения ДВС.
FIRE используются при проектировании двигателя для расчета
и оценки конструктивных параметров, таких как:
•геометрическая форма впускных каналов и
камеры сгорания;
•влияние механизма газораспределения на
пространственный поток продувочного газа;
•влияние параметров впрыска на формирование
рабочей смеси;
•влияние
искрового
зажигания
или
воспламенения от теплоты сжатия на движение
газа внутри цилиндра.
•прогнозирование токсичности ОГ.
•и других параметров.
SWIFT является программой для расчета
трехмерных задач газовой динамики общего назначения
и может использоваться для моделирования как
несжимаемых так и сжимаемых потоков с учётом
теплообмена. SWIFT обладает достаточно высокими
характеристиками, что связано с высокой гибкостью по
отношению к любому типу сетки, высокой точностью,
быстрым расчетным ядром и низкими требованиями к
оперативной памяти. Некоторыми применениями
программы являются расчет внешней аэродинамики
автомобиля, расчет вентиляции салона, размораживание
и отпотевание ветрового стекла, исследование комфорта внутри салона и т.п.
3/12
Основанный на аналитических методах, BRICKS является
инструментом для быстрого создания схемы КШМ на ранних
стадиях разработки двигателя. Результаты моделирования
BRICKS включают гидродинамический анализ подшипников,
крутильные колебания, нагрузки в
подшипниках
и
расчеты
на
усталостную прочность коленчатых
валов
Используя передовые методы моделирования, EXCITE
рассчитывает локальные вибрации и глобальные перемещения
всех движущихся частей, включая физические характеристики
подшипников скольжения. EXCITE предоставляет результаты
расчета нелинейной динамики коленчатого вала и поршня, а
также сложный анализ подшипников скольжения для оценки динамических напряжений,
вибрации и акустики на всех рабочих режимах.
GLIDE является инструментом для конструирования
цилиндро-поршневой группы. Результаты расчета включают
вторичные перемещения поршня, контактные нагрузки и
энергию для анализа шума и трения. Абсолютные значения
давлений между поршневыми кольцами, перемещения колец
и утечки могут быть определены с помощью модуля
поршневых колец. Более того, программа предоставляет возможность прогнозирования
расхода масла в системе смазки.
HYDSIM представляет из себя инструмент для динамического
анализа гидравлческих и гидромеханических систем. Программа специально
предназначена для моделирования систем впрыска высокого давления
дизельных, бензиновых или работающих на альтернативных видах топлива
двигателей. В основу HYDSIM заложены одномерные модели потока
жидкости и двумерное представление механических частей.
TYCON
обеспечивает
оптимальные
характеристики
и
надежные
результаты
для
любой
конструкции клапанного механизма.
Весь процесс разработки, начиная с кинематического
конструирования профилей кулачков и до детального
моделирования динамических характеристик отдельного
клапана и приводов ГРМ (цепь, ремень или зубчатое
колесо) может быть проведен с помощью программы.
BOOST – инструмент для моделирования газообмена и
термодинамического цикла ДВС. Программа для одномерного
моделирования имеет высокую точность, стабильность и частотную
разрешающую способность. Использование программы приводит к
улучшению характеристик двигателя и снижению аэродинамического
шума на впуске и выпуске. BOOST может использоваться совместно с
ПО FIRE для более детального анализа сложных потоков. Мощные преи постпроцессор спроектированы таким образом, чтобы иметь
4/12
возможность ввода и вывода всех данных, необходимых для всех типов современных
двигателей.
CRUISE – инструмент для разработки и
оптимизации двигателей с низкой токсичностью ОГ,
надежных трансмиссий и сложных систем управления.
Гибкая модульная концепция позволяет создать любую
конфигурацию
механических
и
электрических
компонентов и систем управления. Основными задачами
CRUISE являются:
• Оптимизация автомобиля и отдельных
узлов автомобиля
• Топливная
экономичность,
прогнозирование
токсичности
ОГ,
характеристики, влияние различных частей
Лучшее передаточное
автомобиля, например шин, на топливную
отношение ?
экономичность.
• Проектирование механики и электрики, обработки управляющих сигналов с
помощью одного инструмента
• Оценка новых концепций автомобиля (гибридный силовой агрегат,
топливный элемент)
• Подбор стратегии управления (управление энергетическими потоками
автомобиля)
• Подбор двигателя и трансмиссии ещё на стадии концептуального
проектирования автомобиля или двигателя, что существенно снижает затраты
на исследования во время разработки и риск выбора неудачного соотношения.
Сотрудничество
AVL
с
разработчиками
производителями двигателей и автомобилей.
CAD/CAM/CAE
систем
и
Фирма AVL LIST GmbH занимается как разработкой двигателей внутреннего
сгорания, так и фундаментальными исследованиями процессов, происходящих в ДВС.
Разработки нового программного обеспечения и исследовательская работа требуют
постоянного обмена технической и научной информацией с разработчиками и учеными всего
мира.
Parametric Technologies и AVL List Advanced Simulation Technologies (AST) вступили в
стратегический альянс. AVL будет не только покупать ПО Parametric Technologies, но также
и модифицировать его для решения специальных задач автомобильной промышленности.
Таким образом, AVL делает следующий шаг от пользователя к производителю программного
обеспечения. Заказчики как PTC, так и AVL получат инструменты для разработки высшего
класса с дружественным интерфейсом пользователя.
Установленная Dassault Systemes цель программы сотрудничества: установить
прочные и долговременные связи между компаниями, занимающими лидирующую позицию
на мировом рынке, и тем самым, дополнить и расширить продукт CATIA. Программа
предлагает многостороннюю среду разработки основанную на открытой архитектуре CATIA
(CAA). В результате был разработан программный продукт CAT/FIRE-SWIFT modeller,
полностью интегрированный в среду CATIA.
5/12
BMW использует FIRE при проектировании виртуального базового двигателя. По
отзывам при высокой степени геометрической гибкости большое число представленных
моделей и 1D-3D обмен данными дают возможность расчета практически всех газогидродинамических процессов в ДВС.
Для того, чтобы ускорить разработку двигателя с непосредственным впрыском
бензина на Daimler Chrysler AG использовались экспериментальные методы вместе с
программным обеспечением AVL FIRE. Оптические методы исследования двигателей
предоставляют хорошие возможности по визуализации динамики смесеобразования и
сгорания в работающем двигателе, однако с помощью этих методов трудно получить точные
величины различных параметров. Методы моделирования используются для получения
дополнительной информации, такой как нагрев поршня и его влияние на испарение топлива,
турбулентная кинетическая энергия в КС.
Кооперация промышленности, исследовательских
заведений в Европейском Сообществе.
организаций
и
учебных
Для защиты окружающей среды и здоровья
населения
разрабатываются
и
устанавливаются
ограничения на содержание загрязняющих компонентов в
ОГ двигателей. В Европейском сообществе создано
несколько проектов, направленных на снижение
токсичности ОГ двигателей и, при этом увеличение
топливной экономичности, улучшения динамических
показателей и надежности ДВС и автомобиля. Фирма AVL
принимает непосредственное участие в этих проектах
наряду с другими исследовательскими организациями,
техническими
университетами
и
производителями
автомобилей и двигателей. Далее приводятся примеры
кооперации исследовательских, учебных организаций и
производства внутри Европейского сообщества.
Проект DIME - Процессы в двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива.
Механизмы улучшения характеристик.
Цель: оптимизация процесса сгорания в двигателях с непосредственным впрыскиванием
бензина и дизельного топлива через более глубокое понимание процесса смесеобразования с
особым вниманием к процессам испарения и соударения с горячими стенками камеры
сгорания, такими как поршень или стенки цилиндра. Эти процессы в настоящее время
составляют основную проблему в двигателях с непосредственным впрыскиванием.
Более детальные цели:
- Разработка и использование современных экспериментальных методов определения
характеристик струи топлива и оптимизация методов исследования;
- Создание обширной базы данных характеристик струи топлива, полученных
экспериментальным путем в близких к ДВС условиях;
- Разработка и проверка новых моделей испарения струи топлива и соударения со
стенками камеры сгорания с целью интеграции в существующие расчетные ядра для
прогнозирования характеристик струи топлива;
6/12
-
Получение процедур оптимизации процессов сгорания в дизельных и бензиновых
двигателях с непосредственным впрыскиванием.
Описание работы:
Цели проекта будут достигнуты комбинацией экспериментальных и расчетных методов,
часть из которых будет разработана специально для этого. Эксперименты должны
проводиться с использованием передовых, направленных на достижение цели
экспериментальных
методик
и
с
использованием
самого
современного
и
высокотехнологичного измерительного оборудования. Они будут включать как
фундаментальные исследования, нацеленные на более глубокое понимание физических
механизмов испарения и соударения, необходимое для создания соответствующих моделей,
так и измерения, проводимые в условиях, близких к ДВС. Современные системы
топливоподачи высокого давления дизельных и бензиновых двигателей с прямым
впрыскиванием будут использоваться, как основа для экспериментов, которые будут
проводиться как на специальных испытательных стендах для топливной аппаратуры так и на
ДВС. Геометрические характеристики и параметры топливовоздушной среды факела будут
рассматриваться в качестве основных переменных. Новые модели испарения и соударения
будут разработаны на основе фундаментальных экспериментальных исследований. Затем эти
модели будут поверяться и оптимизироваться с помощью более сложных экспериментов в
условиях, близких к ДВС. Разработанное программное обеспечение будет использоваться
параллельно для предоставления некоторой информации, которая поможет оптимальному
проведению экспериментов и улучшению понимания наиболее сложных явлений сгорания
струи топлива, а также укажет на недостатки существующего программного обеспечения.
Предполагаемые результаты и планы внедрения:
Полученные знания физических явлений, присущих распространению факела топлива,
послужат основой для разработки процедур оптимизации процесса сгорания в ДВС,
работающих как на обычных, так и на альтернативных видах топлива и с современными
системами топливоподачи. Эти процедуры будут использоваться непосредственно для
разработки ДВС нового поколения. Предполагается также, что будут получены новые
жизнеспособные концепции систем формирования топливного факела, которые будут
поверены промышленными партнерами в конце проекта. Поверенные модели будут
внедрены в существующее коммерческое программное обеспечение, которое в настоящее
время широко используется в Европе во многих секторах промышленности, использующих
факелы. В ходе проекта будут разработаны новые методы измерения, которые в дальнейшем
найдут свое применение и в решении других исследовательских задач. Основные научные и
технические знания, полученные в результате работ по проекту, по возможности будут
опубликованы на конференциях и в научных журналах.
Начало: 2000-10-01
Завершение: 2003-09-30
Продолжительность: 36 месяцев
Статус: Выполнение
Стоимость проекта: 2.13 миллиона евро
Финансирование проекта: 1.29 миллиона евро
Основной контрактор: Universidad Politecnica de Valencia
Другие контракторы: Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen Nürnberg, Imperial College of
Science Technology and Medicine, AVL - List GmbH - Gesellschaft für
Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik GMBH, Universiti Pierre et Marie Curie - Paris VI,
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE, PEUGEOT CITROEN
7/12
AUTOMOBILES S.A., Instituto Superior Tecnico, UNIVERSITU DE ROUEN - HAUTE
NORMANDIE
Проект I-LEVEL - Течение в сопловых отверстиях – снижение уровня токсичности с
помощью моделирования двигателя
Цель: Двигатели с прямым впрыскиванием топлива считаются наиболее экономичными
источниками энергии для транспорта на сегодняшний день. Процесс смесеобразования, а
следовательно, и система впрыскивания оказывают существенное влияние на
характеирстики и токсичность ОГ двигателей с прямым впрыскиванием. Например,
изменения конструкции форсунки влияют на смесеобразование. Прогнозирование течения
топлива в форсунке и формирования факела необходимо для разработки форсунок,
удовлетворяющих будущим концепциям низкого расхода топлива и низкой токсичности ОГ.
Цель проекта состоит в разработке таких моделей и передовых методов диагностики для
поверки этих моделей. Проект является частью блока LEVEL, который, также включает в
себя проекты по моделированию бензиновых (G-LEVEL) и дизельных двигателей. Работы
внутри блока будут проводиться в тесном взаимодейтсвии, и все проекты будут
обеспечивать проекты Европейского Сообщества по разработке двигателей инструментами
для численного моделирования и детальных экспериментальных исследований.
Начало: 2000-03-01
Завершение: 2003-02-28
Продолжительность: 36 месяцев
Статус: Выполнение
Стоимость проекта: 1.91 миллиона евро
Финансирование проекта: 1.04 миллиона евро
Основной контрактор: DAIMLERCHRYSLER AG
Другие контракторы: AB VOLVO TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT CORPORATION,
FORD FORSCHUNGSZENTRUM AACHEN GMBH, IMPERIAL COLLEGE OF SCIENCE,
TECHNOLOGY AND MEDICINE, ROBERT BOSCH GMBH, AVL LIST GMBH
Проект MINNOX - Минимизация содержания NOx в ОГ.
Цель: Цель этого проекта состоит в разработке новых методов измерения и расчета,
направленных на улучшение понимания взаимодействия формирования оксидов азота и
теплопередачи в двигателе. Результаты проекта дадут существенный оптимизационный
потенциал двигателя, который может быть использован одновременно как для снижения
токсичности ОГ, так и для повышения эффективных показателей ДВС. Снижение
содержания NОx повлечет за собой снижение загрязнения воздуха и связанного с ним риска
для здоровья, а также улучшит качество жизни в Европе.
Описание работы:
В работе используется мультидисциплинарный подход к получению глубоких знаний о
влиянии теплопередачи в двигателях на формирование оксидов азота. Требованием проекта
является разработка методов моделирования с точностью по крайней мере 10%. Проект
будет разделен на 9 отдельных подпроектов (ПП):
Цель ПП1 состоит в получении детальных экспериментальных данных для лучшего
понимания того, как изменение различных параметров двигателя влияет на теплопередачу и
формирование NОx в бензиновых двигателях.
8/12
Цель ПП2 состоит в получении детальных экспериментальных данных для лучшего
понимания того, как изменение различных параметров двигателя влияет на теплопередачу и
формирование NОx в дизельных двигателях для грузовых автомобилей.
Целью ПП3 является моделирование турбулентности потока и теплопередачи, как важной
основы для точного прогнозирования Nox.
Целью ПП4 является получение фундаментальных экспериментальных данных для поверки
новых моделей.
Цель ПП5 состоит во внедрении новых моделей в существующие программы для 3х мерного
моделирования газовой динамики.
ПП6 и ПП7 включают в себя применение и поверку программ для 3х мерного
моделирования газовой динамики и одномерного моделирования термодинамического цикла
бензиновых и дизельных двигателей для грузовых автомобилей.
В ПП8 предполагается создать общую базу данных и оценить результаты измерений и
расчета.
ПП9 посвящен аспектам управления проектом и координации. Для разработки новых
технологий моделирования и результатов проекта важна их интеграция и синергия с другими
существующими проектами в этой области.
Предполагаемые результаты и планы внедрения:
В результате проекта будут созданы инструменты моделирования, необходимые для
производителей бензиновых и дизельных двигателей для разработки двигателей,
удовлетворяющих будущим нормам токсичности и требованиям рынка. В Соединенных
Штатах и Японии в настоящее время разработаны большие программы, финансируемые
правительством, целью которых является разработка подобных инструментов
моделирования. Весь мир пришел к общему пониманию того, что передовые технологии
моделирования и диагностики привнесут существенный вклад в будущую разработку
двигателей. Не все комбинации возможных параметров могут быть протестированы с
приемлемыми затратами. Например, испытательная процедура для всей карты характеристик
двигателя занимает приблизительно 4 месяца. Лучшее понимание и возможность
моделирования основных процессов формирования и окисления NOx в комбинации с
моделированием процесса сгорания и формирования других компонентов в течение 4х
недель будет использовать существенный оптимизационный потенциал в достижении
конфликтующих целей высоких энергетических показателей и низкого содержания
загрязняющих компонентов.
Начало: 2002-01-01
Завершение: 2004-12-31
Продолжительность: 36 месяцев
Статус: Выполнение
Стоимость проекта: 2.19 миллиона евро
Финансирование проекта: 1.39 миллиона евро
Основной контрактор: AVL - List GmbH - Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und
Messtechnik GMBH
Другие контракторы: AB VOLVO TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT CORPORATION,
DAIMLERCHRYSLER AG, FORD WERKE AG, KING'S COLLEGE LONDON, Technische
Universiteit Delft, UNIVERSITAET STUTTGART
9/12
Проект PARTSIZE - Контроль размера частиц сажи с помощью моделирования и
измерений.
Цель: Снижение содержания частиц сажи в ОГ дизельных двигателей легковых и грузовых
автомобилей стало целью для достижения норм EURO IV и V. Исследования показывают,
что риск для здоровья и загрязнение зависят от концентрации и размера частиц сажи в ОГ
двигателя. Целью данного проекта являестя улучшение понимания процессов формирования
частиц сажи в ОГ дизельных двигателей. Планируется разработать экспериментальные
методы для измерения распределения диаметров частиц в ОГ высокоскоростных дизелей и
дизелей для тяжелых грузовиков, а также методы моделирования процессов формирования и
окисления частиц сажи. Результаты проекта будут использоваться для определения и
контроля будущих стандартов эмиссии частиц сажи. Преимущества, полученные в
результате выполнения проекта помогут также в производстве и разработке эффективных
дизельных двигателей с очень низкой эмиссией диоксида углерода.
Описание работы: Первая часть работы будет состоять в получении соответствующих
экспериментальных данных, на основе которых можно будет проследить влияние различных
параметров двигателя на локальное формирование и окисление сажи и зависимость
распределения диаметров частиц сажи от локальных процессов формирования и окисления.
Оптические измерения будут проводиться для разных двигателей и на нескольких различных
рабочих режимах. Размер частицы сажи будет измеряться в выпускной системе. Во второй
части проекта будет разработана модель распределения диаметров частиц сажи, способная
описать зарождение частиц сажи, конденсацию полициклических ароматических
углеводородов на поверхности частицы, слияние частиц под большим давлением,
гетерогенный рост поверхности и реакции окисления в турбулентном пламени. Эта модель
будет внедрена в различные программы для трехмерного моделирования газовой динамики.
В дальнейшем для уточнения параметров модели и проверки программы расчета будет
использоваться база экспериментальных данных.
Ожидаемые результаты и планы внедрения:
В результате работ по проекту планируется создать инструменты моделирования,
необходимые производителям дизельных двигателей для разработки двигателей,
удовлетворяющих будущим нормам токсичности и требованиям рынка. В результате проекта
будут разработаны методы диагностики, созданы базы экспериментальных данных,
численные модели, которые будут внедрены в программы для расчета газовой динамики,
будет произведена оценка зависимости формирования и окисления частиц сажи от
параметров двигателя. Ожидается, что завершение работ по созданию моделей,
прогнозирующих формирование загрязняющих веществ, существенно увеличит
применяемость систем моделирования. Данные инструменты численного прогнозирования
имеют потенциал существенного увеличения эффективности разработки двигателя с точки
зрения стоимости и времени выпуска на рынок.
Начало: 2002-01-01
Завершение: 2004-12-31
Продолжительность: 36 месяцев
Статус: Выполнение
Стоимость проекта: 2.22 миллиона евро
Финансирование проекта: 1.19 миллиона евро
Основной контрактор: AVL - List GmbH
10/12
Другие контракторы: NATIONAL RESEARCH COUNCIL OF ITALY, Universidad Politecnica
de Valencia, LUND UNIVERSITY, UNIVERSITY OF ERLANGEN-NUREMBERG, MAN
NUTZFAHRZEUGE AG, CENTRO RICERCHE FIAT SCPA
Проект MOVA - Моделирование аэродинамики автомобиля
Цель: Расчетная динамика жидкости и газа сделала большой шаг в рационализации и
оптимизации процесса конструирования в различных областях промышленности. Однако,
аэродинамическое конструирование автомобиля проводится главным образом в дорогих и
сложных аэродинамических трубах, так как программы для моделирования трехмерной
динамики жидкости и газа недостаточно точны для моделирования сложной физики потоков
вокруг и за автомобилем. Было установлено, что основным слабым местом 3х мерных
газодинамических расчетов являются модели турбулентности, которые разрабалывались для
более простых течений, не имеющих отношение к аэродинамике автомобиля.
Цель проекта состоит в разработке быстрых и точных инструментов численного
моделирования для конструирования и оптимизации автомобилей, используя разработку,
калибровку и экспериментальную проверку моделей турбулентности для внешней
аэродинамики в комбинации с численными методами контрольных обьёмов. Для достижения
этой цели проект будет фокусироваться на дальнейшей разработке и доводке новейшего
поколения моделей турбулентности и их проверки на специально выбранных проблемах
аэродинамики автомобиля из реальной жизни, которые ещё не были достаточно успешно
решены:
- Отрыв на криволинейной крыше и заднем стекле
- Поток вокруг выступов (зеркал)
- Взаимодействие турбулентного следа и дороги за автомобилем
- Поток между вращающимися колесами и колесными нишами
Сложность этих явлений требует существенной модификации подхода к моделированию
турбулентности по сравнению с более старым поколением моделей, которые до настоящего
времени используются в промышленных программах для моделирования газовой динамики.
Ожидается, что новое поколение моделей турбулентности будет лучше описывать реальную
физику через точное представление некоторых важных механизмов в динамике
турбулентности. Модели основываются на системе уравнений Навье-Стокса, осредненных
по Рейнольдсу, для установившихся и переходных режимов. В дополнение, Модель Больших
Вихрей будет использоваться в качестве перспективного будущего метода для проверки
нестационарного подхода системы уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу,
для проблем, связанных с нестационарными явлениями и когерентной структурой вихря.
Разработка моделей будет поддерживаться ограниченным количеством хорошо подобранных
экспериментов, которые должны быть проведены в рамках проекта. Протестированные
новые модели будут включены в существующие промышленные программы для расчетов
газовой динамики и поверены на практике. Работы по проекту будут проводиться
совместными усилиями нескольких известных во всем мире групп разработчиков: (1)
разработчики модели турбулентности, (2) специалисты по проведению экспериментов, (3)
разработчики промышленного программного обеспечения для 3х мерного моделирования
газовой динамики и поставщики, (4) производители автомобилей.
Начало: 1998-04-01
Завершение: 2001-09-30
Продолжительность: 42 месяца
Статус: Завершен
Основной контрактор: Technische Universiteit Delft
11/12
Другие контракторы: Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen Nürnberg, GIE PSA Peugeot
Citroen, UNIVERSITY OF MANCHESTER INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY,
Electriciti de France, AVL - List GmbH - Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und
Messtechnik GMBH
Заключение
Производители автомобилей и двигателей во всем мире внедряют методы моделирования в
процесс разработки продукции. На заводах создаются специальные команды, в которые
входят конструктора, испытатели, разработчики двигателей с большим опытом работы и
инженеры, владеющие навыками применения методов моделирования.
Только в результате тесного взаимодействия науки и производства в настоящее время
возможно создать качественную современную и конкурентноспособную продукцию. В
России существует огромный инженерный и научный потенциал, и современные методы
проектирования и производства продукции могут быть быстро освоены и внедрены при
условии наличия эффективной системы управления. Быстрое внедрение CAD систем в
России – яркий пример тому. Однако, наукоемкие методы моделирования, например
моделирование трехмерной динамики жидкости и газа, пока мало используются на
российских предприятиях, производящих автомобили и двигатели. На заводах не хватает
инженерных кадров, обладающих достаточным знанием в этой области. В соответствии с
Концепцией развития автомобильной промышленности России, одобренной распоряжением
правительства Российской Федерации от 16 июля 2002 г. № 978-р г. Москва среди прочих
аспектов повышения конкурентоспособности автомобильной техники говорится о
совершенствовании научнотехнического и кадрового обеспечения отрасли. В связи с этим
ООО «АПС Консалтинг» совместно с несколькими Российскими ВУЗами разрабатывает
цикл семинаров для работников Российской промышленности.
12/12