リスケールでのパラメータ スイープと最適化の使用
Rescale で利用できるすべての分析ソフトウェアが、マルチスレッド (MPI) を利用して複数のコアまたはノードにまたがってスケールできるわけではありません。 ただし、Rescale で利用できるワークフロー機能は、これらをスケールアウトするための実用的なアプリケーションを提供します。 シリアル コード。 自動車エンジニアが Rescale プラットフォームを使用して、Rescale のワークフロー機能とシリアル リングパック コードを使用して内燃 (IC) エンジン リングパックの設計を改善する方法を示します。 ケース – リング、 によって開発されました ミッドミシガンリサーチ。 リングパックは、ピストンのリングとリング溝の形状と機能を定義し、エンジンの重要な部分です。
チャレンジ
IC エンジンの開発中に、全体的な耐久性とパフォーマンスをテストするために実用的なプロトタイプが作成されることがあります。 このプロトタイプを使用して、リングパック (上の部分) のデータを含む、エンジンのベースライン動作データを取得できます。 リングパック エンジニアが懸念する主な問題には次のようなものがあります。
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ブローバイ：リングパックを通って逃げるガスによる圧力損失
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ブローバック: ブローバイの逆。 ブローバックガスがオイルで飽和し、エンジンの排出性能が低下する可能性があります。
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摩耗と故障: リングの過度の動きやエンジン内の潤滑不足により、摩耗が増加したり、リングの故障や分解が発生する可能性があります。
この記事ではブローバイの問題に焦点を当てます。 ブローバイは、プロトタイプのエンジンから逃げるガスの量を測定することで簡単にテストできます。 エンジンのサンプ。 プロトタイプ エンジンからの実験数値は、ベースラインとして、またシミュレーション モデルを調整するための参照として使用されます。
シミュレーションモデル
私が使用したエンジンモデルは完全に仮想的なディーゼルエンジンで、1.5気筒当たりの排気量はXNUMXLです。 CASE グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) を使用すると、単純なモデルを数分で組み立てることができます。
モデルのチューニング
エンジニアがベースラインのブローバイ数値を取得したら、実験的なブローバイ数値に一致するようにエンジン モデルを調整できます。 CASE では、リングパックの異なる部分間のガス流に単純な線形流量モデルを使用するため、次の XNUMX つの流量係数を利用します。
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複雑な流量形状の流量係数
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接触する XNUMX つの剛性表面間のマイクロスケール チャネル間で漏れるガスの漏れ係数
エンジニアが次の負荷点でエンジンを運転し、ブローバイが発生したとします。
| エンジン負荷 （バー） |
エンジン速度 | ブロービー （L / min） |
|---|---|---|
| 27 | 550 | 4.6 |
| 36 | 1800 | 5.4 |
| 41 | 2800 | 10.0 |
| 53 | 4000 | 12.4 |
Rescaleで実行する
Rescale では、7×13 パラメータ スイープが、0.2 ～ 0.8 の吐出係数 (dcoeff) と 0.0 ～ 0.03 の漏れ係数 (leakage) に対して設定されました。 アイデアは、これらのパラメーター ポイントでモデルを実行し、出力を実験値と比較することです。 実験データとシミュレーション データの差が最も小さいパラメーター ポイントは、後続の実験計画法 (DOE) シミュレーションの実行に使用されます。
入力ファイルはテンプレートとして設定され、各ファイルには各パラメーターに対応するテンプレート タグが含まれています。
DCOEFF ${dcoeff?string("0.00000")}
漏れ ${漏れ?文字列("0.00000")}
4 つのロード ポイントをすべて実行するには、Rescale で実行するコマンドを次のように入力しました。
{1..4} の i の場合; cd 条件_$i を実行します。 casering53.exe データ.DAT; CD ..; 終わり;
後処理スクリプトを使用して、各負荷点のブローバイ値を抽出し、ブローバイ値を実験値と比較し、RMS 誤差を計算しました。 最小の誤差は点 (dcoeff=0.70、漏れ=0.01) で発生しました。 セットアップ全体は次の方法で表示できます。 共有ジョブをアカウントに追加する.
パラメーター スイープの実行と同様に、エンジニアはオプティマイザーを使用してこれらの係数に最適な一致を見つけることができます。 ドメイン全体を最適化するのではなく、純粋なデモンストレーションを目的として、ドメイン内の以前のパラメーター スイープ検索の結果を絞り込む最適化ジョブを設定して実行しました (dcoeff=0.60 ～ 0.80、leakage=0.00 ～ 0.02)。 最適化ジョブの設定は、次の方法で表示できます。 共有ジョブをアカウントに追加する。 最良の結果は、結果ページ上で緑色のバーで強調表示されるので便利です。
これら 0.4060 つのジョブの結果を以下に示します。 パラメータ掃引の RMS 誤差は 0.4027 L/min でしたが、精密化された RMS 誤差は XNUMX L/min でした。
| ブローバイ(L/min) | ||
|---|---|---|
| 実験的 | ベストスイープポイント | 洗練されたポイント |
| 4.60 | 4.97 | 5.04 |
| 5.40 | 5.88 | 5.96 |
| 10.00 | 9.86 | 10.00 |
| 12.40 | 11.88 | 12.02 |
Rescale 視覚化ツールを使用して、ドメイン全体を応答曲面としてプロットできます。
エンジニアリング分析
これで調整されたモデルが完成し、実際のエンジニアリング作業を行うことができます。 次のサンプル ケースは、Rescale で利用できる同じワークフロー セットアップ ツールを使用して実装されています。
静的ツイストを変更してブローバイを最小限に抑える
ブローバイを最小限に抑えるためにリングの設計を最適化するとします。 リングの特定の幾何学的特性を変更するのは簡単です。 これらの特性の 0 つは、リングの静的ねじれです。 このプロパティは、リング断面の公称角度 (XNUMX 度) に対する回転を表します。 調整スイープを設定する方法と同様に、Rescale を使用して、この幾何学的プロパティに対して簡単なパラメーター スイープを実行できます。 のツイストに対してクロス積パラメーター スイープを設定しました。 圧縮リング (リング 1) とスクレーパー リングのねじれ (リング 2):
結果を見てみましょう。 結果を表示するために、Rescale 視覚化ツールの [面グラフ] オプションを選択しました。 青色はブローベイが低い (良好!) ことを示し、赤色はブローベイが高い (悪い!) ことを示します。 興味深いことに、このグラフは、明確な滑らかな傾向がないため、最初のリングと XNUMX 番目のリングのねじれが合計ブローバイに独立して影響を与えていないことを示しています。
エンジニアがこれらの結果から導き出せる興味深い結論がいくつかあります。 設定全体は次の方法で表示できます。 共有ジョブをアカウントに追加する.
そして、これが XNUMX 番目の研究です。
溝の形状を変更してブローバイを最小限に抑える
次に、リングが存在する溝の形状を見てみましょう。 今回は上下の溝の幅を変更しました。
結果を見てみましょう。 もう一度、結果を表示するために、Rescale 視覚化ツールの [面グラフ] オプションを選択しました。 青色はブローベイが低いことを示し、赤色はブローベイが高いことを示します。 今回のグラフは、グラフの左下から中央上まで明確な傾向があるため、XNUMX 番目と XNUMX 番目の溝の形状が独立して総ブローバイに影響を与えていることを示しています。
設定全体は次の方法で表示できます。 共有ジョブをアカウントに追加する.
まとめ
シリアル コードであっても、適切なアプリケーションに合わせて大規模にスケールアウトできます。 Rescale は、シミュレーション ソフトウェアのスケールアウト プロセスを改善するワークフロー ツールを提供します。 これらのコードは簡単にスケールアウトできるだけでなく、パラメーター スイープのような恥ずかしいことに並列アプリケーションは直線的にスケールするため、コストパフォーマンスの損失はありません。 Rescale は、単一のプロットまたはチャートに日付を要約する視覚化ツールも提供し、エンジニアが出力情報をより迅速に処理できるようにします。
CASE は、によって開発されたシリンダーキット解析スイートです。 ミッドミシガンリサーチ。 使用されている分析ソフトウェアのライセンスまたは詳細については、sales@mmrllc.com または Harold Schock (harold.schock@mmrllc.com) までお問い合わせください。
今年後半に、「ディーゼル エンジンのピストン リング摩耗解析」というタイトルの論文をご覧ください。 ICEF2014.
