Utilisation des balayages de paramètres et des optimisations lors de la mise à l'échelle
Pas toutes les analyses software Disponible sur Redimensionner utilisez le multithreading, ou MPI, pour évoluer sur plusieurs cœurs ou nœuds. Cependant, les fonctionnalités de flux de travail disponibles sur Rescale fournissent des applications pratiques pour faire évoluer ces en série codes. Je vais montrer comment un automobile l'ingénieur peut utiliser le Redimensionner la plateforme pour améliorer la conception d'un ringpack de moteur à combustion interne (IC) à l'aide des fonctionnalités de flux de travail de Rescale et du code de ringpack série BOÎTIER – Bague, qui a été développé par Recherche dans le centre du Michigan. Le ringpack définit la géométrie et la fonction des segments et des rainures de segment sur un piston et constitue un élément essentiel du moteur.
La Problématique
Lors du développement d'un moteur IC, un prototype fonctionnel peut être créé pour tester sa durabilité et ses performances globales. Ce prototype peut être utilisé pour obtenir des données opérationnelles de base pour le moteur, y compris des données pour le ringpack (coupe ci-dessus). Certains des principaux problèmes qui préoccupent un ingénieur ringpack sont :
Blowby : perte de pression due au gaz s'échappant du ringpack
Blowback : l'inverse du Blowby ; les gaz de refoulement peuvent être saturés d'huile, entraînant une diminution des émissions du moteur
Usure et défaillance : des mouvements excessifs de la bague ou un manque de lubrification dans le moteur peuvent entraîner une usure accrue, voire une défaillance et une désintégration des bagues.
Dans cet article, je me concentrerai sur la question du Blowby. Blowby est facilement testé sur un prototype de moteur en mesurant la quantité de gaz s'échappant du carter du moteur. Les chiffres expérimentaux du moteur prototype sont ensuite utilisés comme base de référence et comme référence pour régler le modèle de simulation.
Le modèle de simulation
Le modèle de moteur que j'ai utilisé est un moteur diesel purement hypothétique et a une cylindrée de 1.5 litre par cylindre. Un modèle simple peut être créé en quelques minutes à l'aide de l'interface utilisateur graphique (GUI) de CASE.
Ajuster le modèle
Une fois que l'ingénieur dispose de quelques chiffres de référence, le modèle de moteur peut être réglé pour correspondre aux chiffres expérimentaux. CASE utilise des modèles de flux linéaires simples pour le flux de gaz entre différentes parties du ringpack et utilise donc deux coefficients de flux :
coefficients de débit pour des géométries de débit complexes
coefficients de fuite pour le gaz s'échappant entre les canaux à micro-échelle entre deux surfaces rigides en contact
Disons que l'ingénieur a fait tourner le moteur aux points de charge suivants, ce qui a entraîné le Blowby :
| Charge du moteur (Bar) | La vitesse du moteur | Fellation (L / min) |
|---|---|---|
| 27 | 550 | 4.6 |
| 36 | 1800 | 5.4 |
| 41 | 2800 | 10.0 |
| 53 | 4000 | 12.4 |
L'exécuter sur Rescale
Sur Rescale, un balayage de paramètres 7×13 a été mis en place pour des coefficients de débit (dcoeff) compris entre 0.2 et 0.8 et des coefficients de fuite (fuite) entre 0.0 et 0.03. L'idée est d'exécuter le modèle sur ces points de paramètres et de comparer le résultat aux nombres expérimentaux. Le point de paramètre avec la plus faible différence entre les données expérimentales et les données de simulation sera utilisé pour exécuter des simulations ultérieures du plan d'expérience (DOE).
Les fichiers d'entrée ont été configurés sous forme de modèle, chacun contenant les balises de modèle correspondantes pour chaque paramètre.
DCOEFF ${dcoeff?string("0.00000")}
FUITE ${leakage?string("0.00000")}
Pour exécuter les 4 points de chargement, la commande à exécuter sur Rescale a été saisie comme :
pour je dans {1..4} ; faire cd condition_$i; casering53.exe data.DAT ; cd..; fait;
Un script de post-traitement a été utilisé pour extraire les valeurs de soufflage pour chaque point de charge, comparer les valeurs de soufflage aux valeurs expérimentales et calculer une erreur RMS. La plus petite erreur s'est produite au point (dcoeff=0.70, fuite=0.01). L'ensemble de la configuration peut être consulté par ajouter le travail partagé à votre compte.
Semblable à l'exécution d'un balayage de paramètres, l'ingénieur peut utiliser un optimiseur pour trouver la meilleure correspondance pour ces coefficients. Plutôt que d'optimiser sur l'ensemble du domaine, à des fins de pure démonstration, j'ai mis en place et exécuté un travail d'optimisation qui affine les résultats de la recherche de paramètres précédente dans le domaine (dcoeff=0.60-0.80, fuite=0.00-0.02). La configuration de la tâche d'optimisation peut être visualisée par ajouter le travail partagé à votre compte. Le meilleur résultat est facilement mis en évidence par une barre verte sur la page de résultats.
Les résultats de ces deux travaux sont présentés ci-dessous. L’erreur RMS pour le balayage des paramètres était de 0.4060 L/min, tandis que l’erreur RMS affinée était de 0.4027 L/min.
| Soufflage (L/min) | ||
|---|---|---|
| Expérimental | Meilleur point de balayage | Point raffiné |
| 4.60 | 4.97 | 5.04 |
| 5.40 | 5.88 | 5.96 |
| 10.00 | 9.86 | 10.00 |
| 12.40 | 11.88 | 12.02 |
Le domaine entier peut être tracé sous forme de surface de réponse à l'aide des outils de visualisation Rescale :
Analyse technique
Nous disposons désormais d’un modèle optimisé et pouvons effectuer un véritable travail d’ingénierie. Les exemples de cas suivants sont implémentés à l’aide des mêmes outils de configuration de flux de travail disponibles dans Rescale.
Minimisez Blowby en modifiant la torsion statique
Supposons que nous souhaitions optimiser la conception de notre anneau pour minimiser le souffle. Il est facile de modifier certaines propriétés géométriques de la bague. L'une de ces propriétés est la torsion statique de l'anneau. Cette propriété décrit la rotation de la section transversale de l'anneau par rapport à son angle nominal (0 degré). Nous pouvons exécuter un balayage rapide des paramètres sur cette propriété géométrique à l'aide de Rescale, de la même manière que nous avons configuré le balayage de réglage. J'ai mis en place un balayage de paramètres multi-produits pour la torsion du bague de compression (anneau 1) et la torsion de l'anneau racleur (anneau 2) :
Regardons les résultats. Pour afficher les résultats, j'ai choisi l'option Area Chart des outils de visualisation Rescale. Les couleurs bleues indiquent un souffle faible (bon !) et les couleurs rouges correspondent à un soufflement élevé (mauvais !). Il est intéressant de noter que le graphique montre que la torsion du premier anneau et du deuxième anneau n’affecte pas indépendamment le Blowby total car il n’y a pas de tendance claire et régulière.
Un ingénieur peut tirer des conclusions intéressantes de ces résultats. L'ensemble de la configuration peut être consulté par ajouter le travail partagé à votre compte.
Et voici une deuxième étude :
Minimisez le Blowby en modifiant la géométrie de la rainure
Intéressons-nous maintenant à la géométrie des rainures dans lesquelles résident les anneaux. Cette fois, nous avons modifié la largeur de la rainure des rainures supérieure et inférieure :
Regardons les résultats. Encore une fois, pour afficher les résultats, j'ai choisi l'option Area Chart des outils de visualisation Rescale. Les couleurs bleues indiquent un souffle faible et les couleurs rouges correspondent à un soufflement élevé. Cette fois, le graphique montre que la géométrie du premier et du deuxième sillon affecte indépendamment le souffle total, car il existe une tendance claire du coin inférieur gauche du graphique vers le milieu supérieur.
L'ensemble de la configuration peut être consulté par ajouter le travail partagé à votre compte.
Résumé
Même les codes de série peuvent être massivement adaptés aux applications appropriées. Rescale fournit des outils de flux de travail pour améliorer le processus de mise à l'échelle des logiciels de simulation. Non seulement ces codes peuvent être facilement évolutifs, mais les applications parallèles embarrassantes telles que les balayages de paramètres évoluent de manière linéaire, de sorte qu'il n'y a aucune perte de rapport coût-performance. Rescale fournit également des outils de visualisation pour résumer la date dans un seul tracé ou graphique, aidant ainsi les ingénieurs à traiter les informations de sortie plus rapidement.
CASE est une suite d'analyse de kits de cylindres développée par Recherche dans le centre du MichiganPour obtenir une licence ou plus d'informations sur le logiciel d'analyse utilisé, veuillez contacter sales@mmrllc.com ou Harold Schock à harold.schock@mmrllc.com.
Veuillez consulter notre article intitulé « Analyse de l'usure des segments de piston pour les moteurs diesel » plus tard cette année à l'adresse ICEF2014.
