Моделирование процессов в ДВС

 

Моделирование процессов в ДВС

Долгосрочная цель данного направления исследований – создание и поддержка программных средств для численного моделирования рабочих процессов тепловых двигателей и их систем.

 

Текущая ситуация

  • Основой для прогнозирования показателей рабочих процессов тепловых двигателей должны быть детальные пространственные модели течений рабочих тел;
  • рациональная схематизация явлений позволяет получить модели элементов тепловых двигателей более низкого уровня детализации;
  • на рынке имеется программное обеспечение для инженерного анализа (CAE) процессов в тепловых двигателях;
  • в силу ряда причин для проведения прикладных НИР не удается полностью полагаться на возможности рыночного программного обеспечения;
  • результатом проводимых на кафедре ДВС НИР стали разработанные модели – как детальные, так и пониженной размерности;
  • логическое завершение этих работ – создание на основе таких моделей собственного программного обеспечения для инженерного анализа процессов в тепловых двигателях.

 

Развитие до сегодняшнего дня

  • Система имитационного моделирования  «Альбея» – пример действующего программного пакета, вобравшего в себя результаты разработок кафедры в области «рациональных» термогазодинамических и трибологических моделей;
  • в последнее десятилетие исследовались модели и методики расчета течений рабочих тел в детальной  пространственной постановке;
  • создан прототип перспективной универсальной системы имитационного моделирования, поддерживающей модели разных предметных областей и уровней, в том числе для исполнения на высокопроизводительных многопроцессорных ЭВМ;
  • разрабатывается универсальная расчетная программа (солвер) для численного расчета течений в тепловых двигателях с выделением крупновихревых турбулентных структур и реалистичным представлением геометрии (для многопроцессорных ЭВМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедральный вычислительный кластер из пяти четырехъядерных ЭВМ

 

Особенности моделей «квазиодномерного» уровня

  • Описывают нестационарные течения в газовоздушных трактах в квазиодномерной постановке;
  • реализованы на кафедре ДВС в готовом к применению программном обеспечении;
  • требуют эмпирических данных об элементах систем;
  • требуют экспериментальной проверки на примерах решения типичных задач о течениях в газовоздушном тракте;
  • экономичны и удобны для предварительного анализа вариантов и оптимизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нестационарное течение в ГВТ 2-тактного ДВС

 

Особенности детальных моделей

  • Описывают течения рабочих тел как реагирующих смесей в детальной пространственной постановке;
  • потенциально обладают высокой достоверностью результатов моделирования;
  • для получения достоверных результатов требуют больших вычислительных ресурсов;
  • реализованы в виде исследовательских программ для многопроцессорных ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет неизотермической струи (64-процессорный кластер УГАТУ)‏

 

Система имитационного моделирования «Альбея»

Система предназначена для моделирования процессов, протекающих в ДВС, и обеспечивает расчетное определение основных характеристик двигателя на стадии проектирования. Система моделирует все основные процессы, происходящие в ДВС: процессы газообмена, процессы при закрытых органах газораспределения, силы и их распределение по элементам двигателя, трение и износ, процессы теплообмена, гидрогазодинамические процессы в смежных системах. С использованием системы имитационного моделирования «Альбея» проектировались и доводились многие отечественные двигатели, в том числе оборонного назначения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модель двигателя в системе имитационного моделирования «Альбея»

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

 

 

Графики изменения параметров двигателя по времени    Графики изменения параметров двухтактного двигателя по координате

 

Задачи и планы

  • Поддержка текущей версии системы имитационного моделирования «Альбея»;
  • разработка перспективной системы имитационного моделирования, обеспечивающей переносимость, гибкость применения, использование многоядерных и массивно параллельных ЭВМ;
  • совершенствование существующих и разработка новых версий модулей-элементов и модулей-связей из предметных областей «термогидро-газодинамика», «триботехника», «управление»;
  • разработка расчетной программы (солвера) для расчетов турбулентных реагирующих течений в областях со сложной и переменной по времени геометрией;
  • тестирование и документирование модулей и расчетных методик;
  • проведение расчетных работ для решения прикладных задач;
  • продвижение коммерческой версии системы имитационного моделирования.