Concepto virtual, banco de pruebas alivia la presión

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Concepto virtual, banco de pruebas alivia la presión

Mensaje sin leer por megacam » Diciembre 3rd, 2011, 4:46 pm

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El banco de pruebas virtuales está operando a Indesa principalmente de la estandarizada. Sin embargo, el entorno virtual se puede con el software STAR-CCM + es una rápida adaptación de los modelos y métodos de medición y evaluación de las necesidades de los clientes. Acerca de la biblioteca de modelos de software de simulación multi-física también puede haber efectos adicionales son el modelo, por ejemplo, sobre la radiación, multi-fase de los sistemas, las interacciones de ebullición o cinemática con los sólidos. (Imágenes: INDESA / CD-adapco)
Simulación / cálculo, 06-2011
Concepto virtual, banco de pruebas alivia la presión del tiempo en el desarrollo
Figura 1: El banco de pruebas virtual que opera principalmente en INDESA st ...

Con su centro virtual de la prueba de servicios de ingeniería INDESA GmbH opera rentable y respetuosa del medio ambiente - y sobre todo ha demostrado que prácticamente se puede confirmar un rendimiento mucho más rápido que con las pruebas de prototipo. En un clúster de computación paralela rápida ofrece el 3D multi-física software de simulación STAR-CCM + sobre la base de la estructura del modelo estándar, los ciclos y las características de las evaluaciones de alimentación de los ventiladores, bombas, compresores e intercambiadores de calor. Además, puede analizar el grupo de componentes y módulos tales como circuitos de refrigeración para funcionar bancos de prueba.

El vehículo de motor moderno, con desarrollo modular y estrategias de la plataforma requiere el desarrollo simultáneo de una variedad de componentes y módulos que deben ser funcionales y costo-efectiva integración en la estructura del vehículo. Los tiempos de desarrollo cada vez más cortos y el aumento del número de variantes de vehículos se pueden implementar para el diseño, construcción, pruebas y análisis de estos componentes menos tiempo. Un potencial aún sin explotar para reducir el esfuerzo de desarrollo a nivel de componentes es el uso de los resultados virtuales y servicios de prueba funcional que sustituirá a la construcción de prototipos y pruebas en las plataformas de los componentes de prueba en el futuro - a reducir y por lo tanto las necesidades de recursos para el diseño, análisis y pruebas. Debido a que el banco de pruebas virtuales permite el análisis y verificación de las funciones con la ayuda de prototipos virtuales basados ​​en datos CAD.
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Bancos de pruebas virtuales son más importantes, los componentes innovadores que se están cubriendo. Como ejemplo de un generador combinado y conjunto de la bomba de agua se explica más adelante, esto puede afectar tanto el sistema de refrigeración y el sistema eléctrico del vehículo - y establecer una conexión funcional entre los dos sistemas del vehículo. Por lo tanto, ambos no pueden ser considerados independientemente el uno del otro más, incluyendo la operación inicial de las propiedades relevantes tanto en el generador y la bomba de agua debe ser conocido. Para el proveedor de cada componente, es difícil construir un prototipo, sin las especificaciones del sistema los padres saber, como resultado de la funcionalidad adicional de su volumen. Lo que se necesita aquí es un rápido proceso iterativo para que coincida con los requisitos del sistema con las capacidades de la unidad. Un concepto de banco de pruebas virtuales es tan en el componente de innovación no sólo útil, sino necesario a menudo.
Centro de Pruebas virtual para pruebas de rendimiento y funciones

En comparación con los experimentos basados ​​en hardware convencional con rapidez, flexibilidad y costo-efectiva para construir una INDESA altamente optimizado, entorno de laboratorio virtual - un centro de pruebas virtual. La atención se centra en la creación virtual de la medición del desempeño y los mapas de rendimiento de los ventiladores de refrigeración, bombas, compresores e intercambiadores de calor. De particular interés es el cálculo de los mapas de apoyo para ventiladores, bombas y compresores, y la transferencia de calor y los gráficos de caída de presión de rendimiento de varios intercambiadores de calor. El centro de pruebas virtual es también para la prueba funcional de los conjuntos más importantes y módulos adecuados - basado en los componentes individuales del cálculo de la potencia virtual. Ejemplos del circuito de refrigeración se llama, que incluye la bomba, y varios intercambiadores de calor. Además, se puede verificar en los bancos de pruebas virtuales función de refrigeración de generadores eléctricos, electrónica de potencia y baterías.

Todas estas aplicaciones son muy intensivas de calculo. Porque para la creación de mapas de servicios tienen una gran cantidad de puntos de operación se puede calcular en paralelo. INDESA ha invertido mucho en un cluster de ordenadores con 112 nodos que se comunican a través de una red de datos de alta velocidad con los demás. El hardware y el software se ha adaptado a los programas de cálculo STAR-CCM + de CD-adapco tiene un multi-física software de simulación para calcular el flujo incluso más exigentes y las aplicaciones de transferencia de calor. Esta configuración de la computadora, es posible reducir el tiempo de funcionamiento en la banca virtual a la medida en que la duración del experimento se pueden ofrecer convencionales basados ​​en hardware plataformas.

De una manera clara permite al usuario de STAR-CCM + CAD y la gestión de datos de materiales, así como las condiciones iniciales y de contorno. Los modelos de simulación se puede parametrizar de forma sencilla, también se puede automatizar para que los estudios de diseño, con muy poco esfuerzo manual y llevar a cabo (DOE - Diseño de Experimentos). El software de operación del banco de pruebas virtuales se complementa con un módulo adicional sobre la base de la suite de software de simulación de gamma-GT Technologies. Con este módulo, el entorno de dinámica de fluidos de la prueba se presentan sobre la base de un flujo unidimensional y la teoría de la transferencia de calor. Por ejemplo, un refrigerador de recirculación de los gases de escape (EGR frío) se puede conectar a la cama de prueba virtual del conducto de aire de admisión y el sistema de escape de un motor. Posibilidades similares surgen en la conexión de refrigeración o sistemas de lubricación. Con esta extensión puede ser el sistema de captura total en el que los componentes de la prueba suelen ser integrado. Si las propiedades del sistema considerado como el número de puntos de operación para ser examinado estrecha significativamente. En el caso de los resultados de la bomba de agua, por ejemplo, el punto de operación de los puntos de intersección de las características del sistema del circuito de refrigeración con las características de funcionamiento de la bomba de agua. Por lo tanto, no debe ser necesariamente una características de operación completa se miden de forma virtual.
Análisis de las muestras en el banco de pruebas EGR frío

La tarea de un refrigerador de EGR (Fig. 2) es el re-enfriamiento de los gases de escape para el sistema de admisión y por lo tanto alimenta a la combustión de gas inerte y otra vez. La recirculación de los gases de escape se debe principalmente a la reducción de óxidos de nitrógeno. El gas de escape caliente pasa primero a través de la válvula EGR abierta, antes de que el intercambiador de calor fluye a través de reales, lo que puede ser configurado como una carcasa y tubos o intercambiadores de calor de placas. A través de una válvula de derivación también el caudal másico de escape se ajusta, lo cual puede suceder sin refrigeración. El refrigerante se elimina en un punto adecuado del circuito de refrigeración. Además de la re-enfriamiento de la válvula de escape debe ser también el asiento de la válvula EGR para ser enfriado.

Una vez que las conexiones se fijan en el módulo de refrigeración, con entrada y salida de escape y del refrigerante, las tasas de entrada de flujo de masa y temperatura especificados son. Esta tensión suele ser examinado en el mapa. Cuanto más precisa el sistema para el ciclo de carga de gas y para el circuito de refrigeración del motor se sabe, cuanto más se acerque el mapa puede ser examinado estrecho. En este caso, por ejemplo, un modelo GT-suite, tanto para los medios de comunicación se pueden conectar para determinar las tasas de flujo de masa y temperaturas de entrada para los diferentes puntos de funcionamiento del motor. A pesar de los refrigeradores de EGR se miden sólo por las tasas fijas de gases de escape de flujo de masa, con la extensión GT-suite, también la transferencia de calor de flujos pulsantes son simulados - generadas por los cambios de carga del motor. Restricciones adicionales sobre la posición de la válvula EGR y la válvula de derivación, que se puede cambiar durante la serie de ensayos y de forma continua.

El cálculo del comportamiento de transferencia de calor con el STAR-CCM + ahora permite el acoplamiento directo térmica de gas, estructurales y de refrigerante, con todos los detalles de los tubos o las placas con las costillas, espárragos o las aletas, así como los detalles tales como la suspensión de la válvula de escape se pueden resolver geométricamente. Esto asegura que las corrientes de fuga en masa se identifican y consideran que tienen una influencia en el comportamiento de la transferencia de calor.

El banco de pruebas virtuales para el refrigerador de EGR y el análisis proporcionan resultados que superan con creces la calidad de las ganancias de una cama convencional, la prueba basada en hardware para ir:

Para el refrigerante (Figura 3a), cerca de la temperatura de salida y la pérdida de presión pueden ser detectados, las áreas en que puede ocurrir de ebullición. Por otra parte, las relaciones calculadas para la distribución de flujo uniforme en el radiador y el flujo interno de asiento de la válvula de enfriamiento puede ser determinada.

De los gases de escape (Figura 3b), la temperatura de salida y la pérdida de presión de los principales resultados de la simulación. Además, la fuerza se determina sobre la válvula de derivación y los flujos de fuga masiva.

Las temperaturas en la estructura del intercambiador de calor (Fig. 3c) son particularmente en el área del asiento de la válvula es de interés, que se enfría por separado. En general, todo el campo calculado la temperatura de un análisis estructural se utiliza para analizar los componentes de estrés, tensión y la fatiga.

Finalmente, la transferencia de calor de los gases de escape en el refrigerante a través de la estructura del intercambiador de calor determinado. Si el cálculo de un número suficientemente grande de puntos de operación a través de una correlación de Nusselt se puede derivar que la transferencia de mapas de calor se puede derivar de diferentes temperaturas de entrada de los gases de escape y el refrigerante. Estas correlaciones se utilizan a menudo en el sistema de análisis 1D para calcular los sistemas de refrigeración y se interpretan.

Además del cálculo de los mapas de transferencia de calor para ayudar al análisis de la prueba virtual de EGR, la vulnerabilidad del diseño de intercambiador de calor para descubrir ¿estas propuestas concretas para eliminar el flujo. Esto generalmente significa que el DOE se puede utilizar, ya que en paralelo a calcular y analizar muchas variantes de diseño puede ser.
Análisis de una unidad de innovación

El refrigerador de EGR virtuales banco de pruebas se puede hacer el cálculo y el análisis de los refrigeradores de EGR son en gran medida automatizado, ya que su estructura básica es siempre la misma. En un segundo ejemplo ahora se muestra que las unidades de innovación también se pueden analizar de forma rápida y rentable si el análisis se pueden integrar directamente en el ciclo de diseño.

Para el conjunto de la bomba combinado alternador / refrigerante, el cual fue diseñado por la empresa y 'Premio a la Innovación "los erizos de Würzburg Automotive Summit 2010, recibió INDESA podría acompañar el proyecto desde el diseño hasta la prueba de prototipo virtual en primer lugar. La unidad consta de un generador accionado por correa, un acoplamiento, un motor eléctrico y un eje de la bomba de refrigerante en el otro extremo (Fig. 4). La bomba de agua puede conducir directamente en el eje cuando el embrague. En este caso, el motor eléctrico está inactivo, y la bomba se acciona mecánicamente. Si el embrague está abierto, por lo que la bomba de agua es independiente del generador eléctrico a través del motor eléctrico integrado. Esto puede ser útil a bajas revoluciones y el motor apagado, por ejemplo, para el posterior enfriamiento de un turbocompresor.

Interpretarse en el punto de vista técnico del flujo de agua y el calor necesarios para la camisa de refrigeración del generador y el control de flujo para el impulsor de la bomba. Ya que la traducción cinturones del generador es mayor que el de la bomba de agua mecánica convencional, el impulsor tuvo que ser diseñado como un corredor rápido. El diseño del impulsor y la voluta han sido por lo tanto también Indesa. El diseño estructural de la simulación CFD se acompaña, los modelos CFD están disponibles sin ningún esfuerzo adicional para revisar el banco de pruebas virtual. Ya que la geometría de la turbina se muestra en detalle, basta con especificar la velocidad de la turbina y para variar la presión de la espalda. Dentro de las 24 horas usted puede conseguir un mapa en el apoyo a la computación paralela se establecen para las velocidades de funcionamiento diferentes. Además del mapa de promoción también se puede calcular la eficiencia hidráulica y predecir la ocurrencia de la cavitación, que puede conducir, especialmente en los corredores rápidos en un impacto en el rendimiento.

La medición virtual de la bomba de agua y los datos de rendimiento resultantes derivados de los OEM son ahora ampliamente aceptados como prueba de rendimiento. Esto hace que sea más fácil para el proveedor, los deseos, necesidades y objetivos de sus clientes a cumplir rápidamente - sin necesidad de construir un prototipo en el hardware de las necesidades. Esto es especialmente ventajoso cuando varios clientes potenciales definir los requisitos muy diferentes en sus especificaciones. Una vez más se demostró que la ruta virtual es mucho más rápido y más barato que la confirmación de la realización de pruebas de prototipos.
Análisis de grupos de componentes complejos

Como ya se mencionó, el centro de pruebas virtuales para pruebas funcionales de los elementos más relevantes y los módulos adecuados para ser ¿se puede montar a partir de componentes individuales que ya estaban construidos para el cálculo de la potencia virtual. Un ejemplo es el circuito de refrigeración de automóviles. Esto ha llegado a un alto grado de complejidad, ya que no sólo el motor, pero también unidades adicionales y los medios de comunicación tienen que ser enfriado o calentado. Para el flujo de refrigerante a través del lado de los intercambiadores de calor del radiador de aceite del motor principal y el intercambiador de líquido de la transmisión de calor, frío intercooler y EGR y el intercambiador de calor. También hay válvulas y termostatos como elementos de control que permiten una variedad de tipos diferentes de flujo.

En muchos casos, las tasas de flujo de masa y pérdidas de presión a través de los componentes individuales se miden en el complejo de torres de las pruebas de función. El sistema consiste en la instalación de medidores de flujo generalmente se cambia de manera significativa. Se ha demostrado en la práctica que, si bien puede ser la presión estática en varias posiciones, pero estos no son adecuados para el análisis de las pérdidas de presión. Las desventajas que resultan excluidos en el mundo virtual. Ya es bastante común para construir circuitos de refrigeración completa de coches como modelos 3D CFD para el análisis funcional (Fig. 5). Con una aplicación coherente del concepto de prueba virtual, los modelos CFD intercambiador de calor son prácticamente medido antes. Lo mismo se aplica a la bomba de agua. La chaqueta del agua del motor complejo es también generalmente disponible como un modelo CFD de los desarrolladores del motor. Sólo no podrá contar con válvulas y termostatos y conexiones de los tubos que pueden ofrecer, pero los datos CAD.

En principio, una prueba virtual de ejecución para una circulación del refrigerante puede ser similar a un hardware basado en banco de pruebas se pueden controlar. No son sólo las velocidades de la bomba y la configuración de la válvula o el termostato de los casos bajo investigación para entrar. Sin embargo, se basa en probar el hardware de la prueba especificada se ejecuta después de la otra (de serie) se cruzaron en el mundo virtual es siempre la opción de funcionamiento en paralelo. Con una capacidad de cálculo suficiente como son i INDESA disponibles - las pistas de prueba se puede realizar mucho más rápido que en el experimento. Posteriormente, una evaluación automatizada de los flujos de masa y las caídas de presión de todos los componentes.

Los bancos de pruebas virtuales de Indesa GmbH han pedido que los ejemplos de la práctica ya se presentaron pruebas de que la prueba se ejecuta mucho más rápido y más barato que los tradicionales basadas en hardware bancos de prueba se puede completar. Por otra parte, el aspecto de respeto al medio ambiente, uso intensivo de energía debido a la moderación de los medios de comunicación no es necesario. En última instancia frente a la repetición exacta de las pruebas de funcionamiento y por lo tanto la comparación de rendimiento entre los diferentes Bauständen limpia y variantes para el concepto de banco de pruebas virtual.

Dr. Seider y el Dr. Gerald Bet Fabiano, Director Gerente de Diseño Integrado de Análisis GmbH (INDESA)

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