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ANSYS?FORTE真實燃料化學CFD加速...

概述

ANSYS FORTE真實燃料化學CFD加速清潔內燃機設計

FORTE CFD包是一款結合了CHEMKIN-PRO求解器技術的內燃機CFD仿真工具包——CHEMKIN-PRO求解器是進行氣相和表面化學反應的黃金標準。要精確的預測點火和排放,需要利用化學反應求解器處理非常詳細的化學反應,而傳統的發動機燃燒CFD仿真工具計算速度很慢,FORTE含有多組分燃燒模型并結合復雜的噴霧動力學,可以在短時間內完成詳細化學的計算。FORTE能夠對幾乎任意燃料的內燃機進行穩健并精確的計算,幫助工程師實現清潔燃燒、高效、任意燃料內燃機的快速設計。

支持的內燃機仿真應用包括:

  • 點燃式內燃機—天然氣,GDI及傳統氣道噴射
  • 柴油機—重型機車,乘用車,發電設備及船用柴油機
  • 雙燃料內燃機
  • 四沖程及兩沖程
  • HCCI
  • 預混和部分預混內燃機 

FORTé CFD主要優勢

  • 嵌入了CHEMKIN-PRO求解器技術,提高了內燃機性能仿真的計算速度
  • 真實的多組分燃油蒸發模型能夠保證燃料物理性質和化學模型的一致性
  • 先進的噴霧模型極大地降低了對網格和時間步長的依賴性
  • 能夠追蹤碳煙顆粒的形成,增長,凝結及氧化的過程
  • 全自動網格生成,避免了人工處理網格消耗大量時間


功能特色

燃燒仿真更快速、精確

為了更高效的設計出經濟性好、低排放的新型內燃機,并降低研發成本和周期,必須進行有效的燃燒仿真。其他的CFD工具不能及時的處理上百種化學組分,真實的預測內燃機的燃燒性能。為了滿足研發周期的需要,往往會犧牲一些關鍵的化學信息,而用經驗或者極度簡化的模型替代。這種方法需要對模型的一些常數進行標定,這就依賴于試驗和使用者的經驗才能得到“可接受的結果”。FORTé CFD工具包能夠兼顧計算時間和計算精度,使工程師能更關注于創新和新產品的探索。

柴油機扇形區域仿真-噴油開始時刻的噴霧液滴顯示


 詳細的燃料化學機理精確的預測發動機的排放性能

真實的化學動力學

FORTé 嵌入的CHEMKIN-PRO求解器技術能夠在正確的時間獲得正確的結果,可以在仿真時使用更大、更精確的燃油模型,而計算時間與精度較差的簡化模型差不多。CHEMKIN-PRO求解器技術是化學動力學仿真的黃金準則,采用了很多創新及專有技術來獲得前所未有的計算速度: 

  • 先進的動網格分組技術:使用先進的搜索技術將動力學條件類似的網格進行分組,大大減少了重復計算的時間。 
  • 動態自適應化學求解器:自動進行任意網格和任意時間步長的動力學計算,只計算那些發生變化的組分和反應路徑。該技術與專有的數值分析技術相結合,使得FORTé在提供高精度計算結果的同時,數十倍快于傳統的CFD求解器。

優秀的噴霧模型

FORTé CFD 工具包內有業內領先的噴霧模型,使得噴霧的物理性質與燃料的化學性質一致。噴霧模型包含考慮氣蝕影響的噴嘴流模型; 液滴破碎模型;氣體噴射模型;液滴碰撞模型以及多組分燃油蒸發模型。FORTé提供的仿真模型,無需加密網格就可以獲得很好的噴霧模擬。增強的模型精度減少了用于標定的時間和精力。 

碳煙排放和發動機爆震仿真

先進的化學動力學模型能夠預測工況和燃料變化對發動機爆震、碳煙排放、和PM尺寸的影響,這些對于傳統CFD軟件來說相當復雜。 

FORTé CFD工具包使用CHEMKIN-PRO求解器技術,能夠使用精確的碳煙化學模型追蹤碳煙顆粒的生成,增長和凝結。軟件包內置了顆粒追蹤模型,能對平均顆粒尺寸和數密度進行局部的、動態的預測,FORTé還能處理復雜的化學模型,而不會增加計算時間,這樣就能計算工況變化對爆震強度的的影響,如發動機增壓,點火時刻,EGR率和燃油等。虛擬壓力傳感器能夠捕捉爆震產生的壓力波動。

采用精確的化學機理捕捉碳煙的變化趨 

全自動網格生成

FORTé CFD包含了自動網格生成器,減輕了用戶劃分網格的負擔。還能對幾何的改變進行快速分析,如燃燒室形狀,缸徑,氣門角度等。FORTé的自動網格特征(專利申請中)生成的網格不會引入數值誤差或者增加計算時間,能夠光順并穩健的實現網格運動,精確的處理活塞和氣門的運動。氣門和氣門座之間的間隙處自動細化,更精確的計算該處的流動。

 此外,可以導入第三方工具如ANSYS ICEM-CFD,KIVA-3V劃分的網格,為設計者提供了最大的靈活性。

發動機幾何自動生成網格 

圖像處理技術

FORTé CFD 工具包具有全面的圖像顯示工具,能根據內燃機設計師的需要快速顯示計算結果,不需要單獨的工具收集、整理和查看結果。FORTé Visualizer提供: 

  • 創建云圖,等值線,切片和3-D動畫,生成報告和演示文稿
  • 易導入實驗數據,自動轉換單位,對參數化研究的結果進行快速對比。

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