پروژه های انجام شده
شبیهسازی احتراق، تبادل گاز و آزمونهای عملکردی
شبیهسازی احتراق، تبادل گاز و آزمونهای عملکردی پیشرانه V6 با حجم 4000 سیسی
مقدمه
این پروژه به منظور پیشبرد دانش و بهبود عملکرد پیشرانهها، به طور خاص با تمرکز بر روی یک موتور V6 با حجم 4000 سیسی، اختصاص یافته است. این هدف از طریق شبیهسازی جامع فرآیندهای احتراق و تبادل گاز، همراه با آزمونهای عملکردی دقیق، محقق میشود. با توجه به پیچیدگیهای ذاتی سیستمهای پیشرانه مدرن، رویکرد یکپارچه ما که دادههای تجربی را با مدلسازی محاسباتی پیشرفته ترکیب میکند، امکان تحلیل دقیق، معتبر و عمیق رفتار موتور را در شرایط عملیاتی متنوع فراهم میآورد. این قبیل پژوهشها برای سازندگان خودرو که به دنبال ایجاد طرحهای بهینه، بسیار کارآمد و سازگار با محیط زیست برای کاهش آلایندهها هستند، حیاتی است.
متدولوژی
متدولوژی این پروژه به صورت سازمانیافته در دو بخش اصلی ساختار یافته است: آزمونهای تجربی و مدلسازی و شبیهسازی پیشرفته.
الف. آزمونها
آزمونهای تجربی با دقت بالا برای جمعآوری دادههای واقعی از عملکرد موتور انجام میشوند، که برای اعتبارسنجی و اصلاح مدلهای شبیهسازی ما در مراحل بعدی حیاتی است. این آزمونهای جامع شامل موارد زیر است:
- آزمون موتورگردانی: گزارش دقیق آزمون موتورگردانی، به ویژه مستندسازی فشار داخل محفظه احتراق بر حسب زاویه لنگ.
- آزمون احتراقی: گزارش جامع آزمون احتراقی، شامل تحلیل فشار بر حسب زاویه لنگ، و فشار داخل محفظه احتراق در حالت تمام بار در کل محدوده زاویه لنگ.
- آزمون عملکرد: گزارش کامل آزمون عملکرد، شامل ارائه معیارهای کلیدی مانند منحنیهای توان، گشتاور و مصرف سوخت.
- آزمونهای تبادل گاز: گزارش دقیق آزمون تبادل گاز، شامل پارامترهای ضروری مانند افت فشار فیلتر هوا، پروفیل لیفت سوپاپ، عملکرد سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ، اندازهگیری دقیق راندمان حجمی، اندازهگیری فشار منیفولد ورودی و استخراج ضرایب تخلیه.
ب. مدلسازی و شبیهسازی
تلاشهای مدلسازی و شبیهسازی برای ارائه یک بینش تحلیلی عمیقتر به پدیدههای فیزیکی زیربنایی و پیشبینی دقیق عملکرد موتور در طیف گستردهای از سناریوهای عملیاتی انجام میشود. این بخش از نرمافزارهای تخصصی و استاندارد صنعتی از جمله GT-Suite، CATIA، ANSYS Fluent و CONVERGE CFD بهره میبرد.
- استخراج مدل یکبعدی مسیرهای تبادل گاز: توسعه یک مدل یکبعدی مسیر تبادل گاز در نرمافزار GT-Suite. این مدل به دقت بر اساس هندسه سهبعدی دقیق مسیرهای تبادل گاز، که در CATIA طراحی شده است، ساخته شده و در گزارشهای فنی موجود برای اطمینان از صحت، اعتبارسنجی میشود.
- تحلیل یکبعدی احتراق: گزارش جامع تحلیل یکبعدی احتراق که در نرمافزار GT-Suite انجام شده است. این شامل: تعیین حداکثر فشار داخل محفظه احتراق و زاویه لنگ مربوط به حداکثر فشار در حالت تمام بار در دورهای مختلف موتور، محاسبه ضرایب تابع وایب بر اساس زمان شروع اشتعال، تحلیل کسر جرمی سوخته شده ناشی از احتراق، و نمودارهای دقیق نرخ آزادسازی انرژی برای دورها و بارهای مختلف.
- تحلیل یکبعدی تبادل گاز: گزارش دقیق تحلیل یکبعدی تبادل گاز که در نرمافزار GT-Suite انجام شده است. این شامل: فشار داخل محفظه احتراق در هر زاویه لنگ در شرایط موتورگردانی، اندازهگیری افت فشار هوای عبوری از دریچه گاز در دورها و بارهای مختلف، اندازهگیری فشار و دمای هوای ورودی، فشار و دمای گازهای خروجی، راندمان حجمی، دبی جرمی هوا به هر سیلندر و گازهای خروجی از هر سیلندر. علاوه بر این، شامل تحلیل عمیق سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ ورودی و توزیع یکبعدی فشار و دما در طول مسیر تبادل گاز است.
- تحلیل سهبعدی تبادل گاز: گزارش جامع تحلیل سهبعدی تبادل گاز. این تحلیل بر اساس مدل سهبعدی دقیق محفظه احتراق که در CATIA توسعه یافته است، انجام میشود و شامل: توزیع فشار و سرعت سیال در منیفولدهای ورودی و خروجی، توزیع فشار و سرعت سیال در داخل سیلندر در طول فرآیندهای مکش و تخلیه، و توزیع فشار و سرعت در پورتهای ورودی و خروجی. به طور حیاتی، این تحلیل همچنین شامل استخراج مشخصههای جریانهای گردابی داخل سیلندر ( Swirl و Tumble) با استفاده از نرمافزار ANSYS Fluent است.
- مدلسازی پیشبین احتراقSI Turbulence: گزارش دقیق مدلسازی پیشبین احتراق با استفاده از مدل SI Turbulence در نرمافزار GT-Suite. این گزارش شامل: حداکثر فشار داخل محفظه احتراق در حالت تمام بار در دورهای مختلف، زاویه لنگ نقطه حداکثر فشار در حالت تمام بار در دورهای مختلف، ضرایب تابع وایب بر اساس زمان شروع اشتعال، کسر جرمی سوخته شده ناشی از احتراق در هر زاویه لنگ برای شرایط تمام بار و نیمه بار، نمودارهای نرخ آزادسازی انرژی برای شرایط تمام بار و نیمه بار، و استفاده از مدل سهبعدی محفظه احتراق. یک جنبه کلیدی این مدل، کالیبراسیون برای تطبیق با مقادیر حداکثر فشار و زاویه حداکثر فشار، همراه با تحلیل احتمال وقوع کوبش در دورها و بارهای مختلف است.
- یکپارچهسازی مدل یکبعدی: گزارشی در مورد یکپارچهسازی مدلهای یکبعدی، که یک دیدگاه جامع از عملکرد موتور ارائه میدهد. این شامل: منحنیهای توان، گشتاور، راندمان حجمی و مصرف سوخت ویژه ترمزی. همچنین عملکرد تعاملی تمامی سیستمهای مرتبط شامل تبادل گاز، احتراق، خنککاری و روانکاری را با جزئیات شرح میدهد.
- تحلیل سهبعدی احتراق در سیکل باز: گزارشی در مورد تحلیل احتراق در سیکل باز، که با استفاده از نرمافزار CONVERGE CFD انجام شده است. این تحلیل شامل: فشار داخل سیلندر در هر زاویه لنگ (نمودار P-Theta) دمای داخل سیلندر در هر زاویه لنگ (نمودار T-Theta)، نرخهای پیشبینیشده انتشار آلایندههای ناشی از احتراق تحت شرایط مختلف کاری موتور، و نرخ آزادسازی حرارت در هر زاویه لنگ.
نتایج
نتایج حاصل از این پروژه جامع، درک عمیق و یکپارچهای از عملکرد پیشرانه در ابعاد متعدد فراهم میآورد. از طریق آزمونهای تجربی دقیق، دادههای دقیق و بسیار قابل اعتمادی از رفتار واقعی موتور به دست میآید که به عنوان یک پایه ضروری برای اعتبارسنجی و اصلاح مدلهای شبیهسازی عمل میکند. تکنیکهای مدلسازی پیچیده یکبعدی و سهبعدی، امکان تحلیل دقیق و جزء به جزء فرآیندهای احتراق و تبادل گاز را فراهم میآورد، و در نتیجه، شناسایی نقاط بهینه عملکرد و تشخیص زودهنگام مسائل بالقوه را تسهیل میکند.
به طور خاص، نتایج مورد انتظار شامل موارد زیر است:
- دادههای دقیق عملکرد: منحنیهای دقیق توان، گشتاور و مصرف سوخت، که برای ارزیابی کامل ویژگیهای عملکردی کلی موتور ضروری هستند.
- بینشهای عمیق در مورد احتراق: اطلاعات عمیق در مورد فشار و دمای داخل سیلندر، نرخ آزادسازی حرارت و احتمال کوبش. این بینشها برای بهینهسازی موثر فرآیند احتراق حیاتی هستند.
- تحلیل جامع تبادل گاز: دادههای دقیق در مورد افت فشار، راندمان حجمی و ویژگیهای پیچیده جریان داخل سیلندر (مانند Swirl). این اطلاعات در بهبود قابل توجه طراحی سیستمهای ورودی و خروجی تاثیرگذار است.
- پیشبینی آلایندگی: اطلاعات حیاتی در مورد نرخهای پیشبینیشده آلایندگی، که برای اطمینان از انطباق با استانداردهای سختگیرانه زیستمحیطی و توسعه موتورهای پاکتر و پایدارتر ضروری است.
- مدلهای یکپارچه و اعتبارسنجیشده: ایجاد مدلهای شبیهسازی قوی، که به دقت در برابر دادههای تجربی اعتبارسنجی شدهاند. این مدلها به عنوان ابزارهای قدرتمند و ضروری برای تلاشهای آتی در زمینه طراحی، توسعه و بهینهسازی پیشرانه عمل خواهند کرد.
این نتایج جامع، شرکتهای تحقیق و توسعه قوای محرکه را قادر میسازد تا از دانش فنی عمیق و ابزارهای شبیهسازی پیشرفته بهرهمند شوند و ضمن کاهش زمان و هزینه مرتبط با توسعه محصول، نوآوری در طراحی موتور را تقویت کنند.
