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Numerische Simulation motorthermodynamischer Prozesse

Die numerische Simulation motorthermodynamischer Prozesse gehört heute zu den herausfordernsten Ingenieursaufgaben im Bereich der Fahrzeugentwicklung, wobei der Anteil der Simulation im Entwicklungszyklus stetig steigen wird. Neben den Vorteilen der Kosteneinsparung durch weniger notwendige Experimente im Optimierungszweig erlauben numerische Simulationen einen tiefen Einblick in die motorischen Prozesse.

 

Grundlage jeder numerischen Simulation im Bereich der Motoren sind die Bilanzgleichungen für kompressible, reaktive Strömungen. Weiterhin wird zur Lösung der Gleichungen, angewendet auf ein mehrdimensionales Problem, eine räumliche Diskretisierung der zu untersuchenden Domain benötigt (numerisches Gitter). Abb. 1 stellt ein solches Gitter dar.

Abb. 1

 

 

Das Ablaufschema einer 3D-CFD Motorsimulation ist in Abb. 2 aufgezeigt. Zunächst wird ein Grundgitter erstellt (s. Abb. 1). Dies wird für einen bestimmten °KW mit einem Gittergenerator erzeugt. Für den Startpunkt werden nun die Rand- und Anfangsbedingungen festgelegt. Danach beginnt die eigentliche Rechenprozedur mit der Bewegung der Randflächen für den aktuellen Zeitschritt. Im Anschluss werden die Bilanzgleichungen (hier RANS-Gleichungen) gelöst. Alle paar °KW werden die aktuellen Zwischenergebnisse geschrieben.

Durch die Bewegung der Randflächen wird das Gitter an einigen Stellen gestaucht an anderen gedehnt. Um eine genügend gute Gitterqualität gewährleisten zu können, muss das Gitter gewechselt werden. Dies passiert im "Mapping"-Schritt, in welchem die Lösung vom alten auf das neue Gitter interpoliert wird. Diese Prozedur wird solange wiederholt bis das Ende des zu untersuchunden Bereiches erreicht ist.

Im Anschluss an die Simulation erfolgt das Postprocessing mit der Auswertung des Ergebnisvektors x.

Abb. 2

 

Die FVTR GmbH bietet ein umfangreiches Paket an Dienstleistungen im Bereich der numerischen Modellierung von otto- und dieselmotorischen Motorinnenprozessen an:

Als Software verwendet die FVTR GmbH kommerzielle Programmcodes (AVL Boost, AVL Fire) sowie die OpenSource Toolbox OpenFOAM. Unsere Mitarbeiter besitzen einen großen Erfahrungsschatz im Umgang dieser Programme.

 

 

 

 

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