Buderus Rosenberg sakmai napok Visegrád, 008.május.6-7. A légtechnikai l fejlestések sek során alkalmaott hő-h és áramlástani simuláci ciós s eljárások Sekeres GáborG Okl.gépésmérnök
Beeetés Numerikus simuláció hasnálata a légtechnikai fejlestéseknél A körneeti terhelés csökkentése mára fontos serepet kapott, és a jöőben még fokoottabb serepe les. A gártóknak fel kell késülniük a holnapra high-tech esköök Gépek energetikai optimaliálása Áramlási esteségek csökkentése Zaj csökkentése Hőtani esteségek csökkentése A légtechnikában jellemően mindig más és más feladatot kell megoldani, e nag rugalmasságot igénel. Gors reakcióidő és műsaki bitonság a egedi gép gártásban
Numerikus simuláci ció hasnálata a légtechnikai fejlestésekn seknél Nomonalak eg radiális átömlésű járókeréknél
Numerikus simuláci ció hasnálata a légtechnikai fejlestésekn seknél A sámítógépek fejlődése numerikus analíis fejlődése A astali sámítógép is képessé ált a hatékon numerikus simulációra Fiikai alapeleken alapul és nem empirikus össefüggéseken. Ebből adódóan rendkíül sokoldalúan hasnálhatóak Nagon semléletes eredméneket ad Mechanikai sámítások FEA/FEM - éges elemes módser silárd testek Áramlástani sámítások CFD - éges térfogatok módsere silárd testek körüli foladékok (gáok) Emelőfül Táskás sűrő
CFD - Computational Fluid Dnamics Áramlások numerikus simuláci ciója Történelem: Kedetben erősen katonai alkalmaás Első D kódok: ~1930tól Első 3D kódok: 1966tól (Douglas Aircraft) Majd: Boeing, Lockheed, Douglas, McDonnel Aircraft, NASA Alkalmaási területek: repülőipar, tengeralattjárók, hajók, helikopterek, autók Első teljes értékű kódok: 1980 (Grumman Aerospace, NASA) Mire alkalmas: Foladékok (és gáok) áramlásának isgálata matematikai módserekkel Leggakrabban sámítandó menniségek: Nomáseloslás Sebességtér Hőmérséklet eloslás Egéb (aj, erők, nomatékok, stb.)
CFD CFD - Computational omputational Fluid luid Dnamics namics Áraml ramlások numerikus simul sok numerikus simuláci ciója ja A áramlást leíró törének: Anagmegmaradás Kontinuitás egenlet Lendület megmaradás Naier-Stokes egenletek Energia megmaradás Energiaegenlet stb ( ) 0 = t ρ ρ = 1 g p t ν ρ = 1 g p t ν ρ = 1 g p t ν ρ Áramcső
CFD - Computational Fluid Dnamics Áramlások numerikus simuláci ciója Diskretiáció: Térben és időben Differenciál egenlet Algebrai egenlet (kontinuum) (diskrét) Alapel (tetsőleges állapotáltoóra): térfogaton belüli megáltoás felületeken aló átáramlás = forrás a térfogaton belül Numerikus háló késítése: éges térfogatok módsere Elemi cella Ipari alkalmaás: ma ~1.000.000 cella
CFD - Computational Fluid Dnamics Áramlások numerikus simuláci ciója Turbulencia: instabilitások keltette örének a áramlásban Nem kaotikus deterministikus A Naier-Stokes egenletek leírják Turbulens energia kaskád: Köetkemén: A turbulencia simulációjáho a legkisebb méretű örénekig ( ν -lépték) fel kell bontani a teret. Hatalmas sámítás igén Nag Re-sámok esetén még supersámítógép sem elég A turbulenciát modelleni kell!!! Produkció A átlag áramlásból Dissipáció A iskoitás miatt Nag örének ( L -lépték) Turbulens energia kaskád Kis örének ( l -lépték)
Turbulencia modelleése: Különböő megköelítések (résben empirikus össefüggések) A fal hatása domináns a turbulenciánál a falak körnékét külön kell keelni Öréniskoitás modellek Alapel: A foladékcsomagok hasonlóan iselkednek, mint a molekulák a kinetikus gáelméletben. A turbulenciát eg plus iskoitás taggal modelleük A legelterjedtebb ipari felhasnálásra (k-ε, k-ω) Renolds fesültségi modellek A Renolds fesültségtenort modelleük LES Nag örén simuláció stb. CFD - Computational Fluid Dnamics Áramlások numerikus simuláci ciója A nag öréneket simuláljuk (energia ~80-90%-a), a kicsiket modelleük Nag pontosság, nag erőforrásigén
CFD - Computational Fluid Dnamics Áramlások numerikus simuláci ciója Egserűsítések elhanagolások Áramlás időfüggése Elegendő-e a átlagos áramkép sámítása? Lamináris áramlás is lehet időfüggő! ϕ Síkáramlás 0 Kármán-féle örénsor A áramlás nem áltoik a harmadik irán mentén D egenletek! Simmetria Hengersimmetria, tükörsimmetria, periodikusság stb.
A simuláció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció CAD geometria import A foladék behálóása Kellő felbontás ahol nag gradiensek árhatóak (falak, rések, lökéshullámok, leálások)
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Soler: Csatolt / Segregált Implicit / Eplicit Időfüggő / befagott áramkép D / 3D simuláció Simmetria esetek Diskretiáció (tér- és időbeli) Első rendű / Másodrendű Köéppontos / sél-felől súloott
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Gátörén Turbulencia modell Poroitás modell Hőátitel Hősugárás Többfáisú- / többkomponensű köegek Égés Oladás / Megsilárdulás Aeroakustika Stb
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Belépés / kilépés: Falak: Sebesség Nomás Hőmérséklet Turbulencia fok, stb Súrlódási téneő Hőmérséklet Fali hőeetés Felületi forrástagok Simmetria és Periodikus peremfeltételek, térfogati forrástagok, stb
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Futtatás: A soler a peremfeltételek alapján megoldja a egenleteket a numerikus hálón. Iteratí megoldás Konergencia: A sámítás során a áramkép tart a megoldás felé. A megmaradó menniségek hibáját (reidumok) figeljük Ha a reidum < küsöbsám, akkor a sámítás konergens
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Viuális: A jelenség megértése Semléletesség Jól megfigelhetőek a áramlási struktúrák Cseppleálastó profilok Numerikus: Konkrét sámok Állapotáltoók eloslása, felületi és térfogati integráljai Diagramok
A simuláci ció folamata 1. geometriai repreentáció késítés (hálóás). soler és diskretiáció kiálastása 3. fiikai modellek kiálastása 4. kedeti- és peremfeltételek megadása 5. futtatás konergencia megítélése 6. kiértékelés 7. alidáció Statikus nomásnö. [Pa] 450 400 350 300 50 00 150 100 50 A sámítás eredménének össeetése a méréssel A ross eredmén is sép sínes! A elhanagolások és a háló durasága halmoott hibát okohat. Jelleggörbe össehasonlítás - XXXX-560_X Járókerék p st - Terfogatáram Mérés CFD 0 0 1000 000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Terfogatáram [m3/h]
A CFD simuláci ció előnei a hagomános fejlestéssel ssel semben Sámos előnnel rendelkeik a CFD simuláció Nem kell égigjárni a hagomános fejlestés tereés prototípusgártás mérés folamatát. Gors és hatékon Probléma feltárás Viuális eredmének Ismeretek elmélítése CFD a Rosenbergnél A egedi gép gártásban sinte minden gép más és más felépítésű Gakran gártunk gépeket speciális feladatokra Nagban segít a eddig nem tapastalt kihíásokho A rugalmassága érdekében a Rosenberg Hungária Kft. is rendelkeik saját CFD licenssel.
Erőss sségek és s nehés ségek, aag mire alkalmas a CFD Előnök: Eges esetekben csak e jöhet sóba: Nag méretek, nagon kis méretek Magas hőmérsékletek, eséles köegek Hatékonabb termékfejlestés Röidebb átfutási idők Eges nem kíánt problémák felderítése már a tereőastalnál Nehéségek: Komplett rendserek simulációja A simuláció nem teljes körű bionos fiikai hatások nincsenek figelembe ée! (pl. ibráció, aj) Eért mindig a problémának megfelelő modelleket kell kiálastani (tapastalat) Bionos esetekben hatalmas erőforrásigén
Alkalmaás s a légtechnikl gtechnikában Sámtalan területen alkalmaható, néhán példa: Légkeelőgépek és komponenseik fejlestése Légcsatornahálóatok, idomok kialakítása Kifúók fejlestése Heliségek optimális sellőtetésének kialakítása Senneőanagok (gá, füst) terjedésének isgálata Épületen belül Épületek köött (pl.: eg árosrés) Sélterhelés isgálata (pl.: eg nag sátortetőnél)
Esettanulmánok
Esettanulmánok : Berendeés simuláció
Esettanulmánok nok : Berendeés s simuláci ció Hőmérsékletisonok a légkeelőgépben Frissleegős ág Elsíó ág
Esettanulmánok : Alkatrés optimaliálás Új hátrahajló radiális átömlésű járókerék isgálata Mérés Jelleggörbe össehasonlítás - XXXX-560_X Járókerék pst - Terfogatáram CFD 450 400 Statikus nomásnö. [Pa] 350 300 50 00 150 100 50 0 0 1000 000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Terfogatáram [m3/h] Relatí sebesség ektorok Statikus nomás
Esettanulmánok nok : Alkatrés optimaliálás Hangcsillapító kulissák
Esettanulmánok nok : Alkatrés optimaliálás Konhai elsíó dobo a járókerék helete Statikus nomás Nel kialakításáal Sebesség ektorok
Esettanulmánok nok : Problémafelt mafeltárás Légkeelőgép-há (Airbo I60) termikus isgálata Termikusan sétálastott profil hőmérsékleti isonai Modulcsatlakoás
Esettanulmánok: nok: Gors átfutású problémák A átfutási idő mindösse 1- óra Homoksűrő ellenállása Statikus nomás Sebességábra
Esettanulmánok: nok: Gors átfutású problémák A átfutási idő mindösse 1- óra Cseppleálastó ellenállása és kilépő profil
Konklúi ió A CFDel égett termékfejlestés nagon sok esetben hatékonan alkalmaható Nem áltja ki teljesen a hagomános termékfejlestést, hanem jól kiegésítik egmást. Komol sakértelmet igénel Fiikai / matematikai ismeretek Tapastalat Eel a előadással is at serettük olna mutatni, hog a Rosenberg felkésült a egedi feladatok megoldására, korserű technikák alkalmaásáal.
Kösönöm m megtistelő figelmüket!