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ANSYS FORTE真实燃料化学CFD加速...

概述

ANSYS FORTE真实燃料化学CFD加速清洁内燃机设计

FORTE CFD包是一款结合了CHEMKIN-PRO求解器技术的内燃机CFD仿真工具包——CHEMKIN-PRO求解器是进行气相和表面化学反应的黄金标准。要精确的预测点火和排放,需要利用化学反应求解器处理非常详细的化学反应,而传统的发动机燃烧CFD仿真工具计算速度很慢,FORTE含有多组分燃烧模型并结合复杂的喷雾动力学,可以在短时间内完成详细化学的计算。FORTE能够对几乎任意燃料的内燃机进行稳健并精确的计算,帮助工程师实现清洁燃烧、高效、任意燃料内燃机的快速设计。

支持的内燃机仿真应用包括:

  • 点燃式内燃机—天然气,GDI及传统气道喷射
  • 柴油机—重型机车,乘用车,发电设备及船用柴油机
  • 双燃料内燃机
  • 四冲程及两冲程
  • HCCI
  • 预混和部分预混内燃机 

FORTÉ CFD主要优势

  • 嵌入了CHEMKIN-PRO求解器技术,提高了内燃机性能仿真的计算速度
  • 真实的多组分燃油蒸发模型能够保证燃料物理性质和化学模型的一致性
  • 先进的喷雾模型极大地降低了对网格和时间步长的依赖性
  • 能够追踪碳烟颗粒的形成,增长,凝结及氧化的过程
  • 全自动网格生成,避免了人工处理网格消耗大量时间


功能特色

燃烧仿真更快速、精确

为了更高效的设计出经济性好、低排放的新型内燃机,并降低研发成本和周期,必须进行有效的燃烧仿真。其他的CFD工具不能及时的处理上百种化学组分,真实的预测内燃机的燃烧性能。为了满足研发周期的需要,往往会牺牲一些关键的化学信息,而用经验或者极度简化的模型替代。这种方法需要对模型的一些常数进行标定,这就依赖于试验和使用者的经验才能得到“可接受的结果”。FORTÉ CFD工具包能够兼顾计算时间和计算精度,使工程师能更关注于创新和新产品的探索。

柴油机扇形区域仿真-喷油开始时刻的喷雾液滴显示


 详细的燃料化学机理精确的预测发动机的排放性能

真实的化学动力学

FORTÉ 嵌入的CHEMKIN-PRO求解器技术能够在正确的时间获得正确的结果,可以在仿真时使用更大、更精确的燃油模型,而计算时间与精度较差的简化模型差不多。CHEMKIN-PRO求解器技术是化学动力学仿真的黄金准则,采用了很多创新及专有技术来获得前所未有的计算速度: 

  • 先进的动网格分组技术:使用先进的搜索技术将动力学条件类似的网格进行分组,大大减少了重复计算的时间。 
  • 动态自适应化学求解器:自动进行任意网格和任意时间步长的动力学计算,只计算那些发生变化的组分和反应路径。该技术与专有的数值分析技术相结合,使得FORTÉ在提供高精度计算结果的同时,数十倍快于传统的CFD求解器。

优秀的喷雾模型

FORTÉ CFD 工具包内有业内领先的喷雾模型,使得喷雾的物理性质与燃料的化学性质一致。喷雾模型包含考虑气蚀影响的喷嘴流模型; 液滴破碎模型;气体喷射模型;液滴碰撞模型以及多组分燃油蒸发模型。FORTÉ提供的仿真模型,无需加密网格就可以获得很好的喷雾模拟。增强的模型精度减少了用于标定的时间和精力。 

碳烟排放和发动机爆震仿真

先进的化学动力学模型能够预测工况和燃料变化对发动机爆震、碳烟排放、和PM尺寸的影响,这些对于传统CFD软件来说相当复杂。 

FORTÉ CFD工具包使用CHEMKIN-PRO求解器技术,能够使用精确的碳烟化学模型追踪碳烟颗粒的生成,增长和凝结。软件包内置了颗粒追踪模型,能对平均颗粒尺寸和数密度进行局部的、动态的预测,FORTÉ还能处理复杂的化学模型,而不会增加计算时间,这样就能计算工况变化对爆震强度的的影响,如发动机增压,点火时刻,EGR率和燃油等。虚拟压力传感器能够捕捉爆震产生的压力波动。

采用精确的化学机理捕捉碳烟的变化趋 

全自动网格生成

FORTÉ CFD包含了自动网格生成器,减轻了用户划分网格的负担。还能对几何的改变进行快速分析,如燃烧室形状,缸径,气门角度等。FORTÉ的自动网格特征(专利申请中)生成的网格不会引入数值误差或者增加计算时间,能够光顺并稳健的实现网格运动,精确的处理活塞和气门的运动。气门和气门座之间的间隙处自动细化,更精确的计算该处的流动。

 此外,可以导入第三方工具如ANSYS ICEM-CFD,KIVA-3V划分的网格,为设计者提供了最大的灵活性。

发动机几何自动生成网格 

图像处理技术

FORTÉ CFD 工具包具有全面的图像显示工具,能根据内燃机设计师的需要快速显示计算结果,不需要单独的工具收集、整理和查看结果。FORTÉ Visualizer提供: 

  • 创建云图,等值线,切片和3-D动画,生成报告和演示文稿
  • 易导入实验数据,自动转换单位,对参数化研究的结果进行快速对比。