Motorentwicklung

Software für das 3D-Design von Verbrennungsmotoren

25.05.11 | Redakteur: Thomas Kuther

Bernie Rosenthal: „Forté CFD unterstützt die Entwickler von Automotoren beim Konstruieren verbrennungseffizienter und emissionsarmer Antriebssysteme, um die Realisierung von Fahrzeugen der Zukunft voranzutreiben.“
Bernie Rosenthal: „Forté CFD unterstützt die Entwickler von Automotoren beim Konstruieren verbrennungseffizienter und emissionsarmer Antriebssysteme, um die Realisierung von Fahrzeugen der Zukunft voranzutreiben.“

Reaction Design hat die numerische Strömungssimulation Forté CFD (Computational Fluid Dynamics) vorgestellt. Die Software ermöglicht eine realistische 3D-Modellierung von Kraftstoffeffekten in Verbrennungsmotoren.

Forté CFD umfasst fortschrittliche Zerstäubungsmodelle und genaue chemische Reaktionsmodelle von Kraftstoffen, die auf jahrzehntelanger Forschung basieren. Die daraus resultierende Simulationspräzision und -geschwindigkeit ermöglichen eine fehlerfreie und effiziente Motorenentwicklung. Forté CFD liefert bereits nach wenigen Stunden präzise Ergebnisse, während herkömmliche CFD-Tools Tage oder gar Wochen dazu benötigen.

Simulation der Motoren für die Fahrzeuge der Zukunft

„Forté CFD unterstützt die Entwickler von Automotoren beim Konstruieren verbrennungseffizienter und emissionsarmer Antriebssysteme, um die Realisierung von Fahrzeugen der Zukunft voranzutreiben“, erklärt Bernie Rosenthal, CEO von Reaction Design. „In der Praxis zeigt es sich, dass bestehende CFD-Werkzeuge nicht dazu geeignet sind, aus verbrennungschemischen Vorgängen realitätsnah präzise Emissions- und Effizienzvorhersagen abzuleiten. Mit Forté dagegen lassen sich effiziente Motoren entwickeln, die eine breiter werdende Kraftstoff-Palette nutzen und gleichzeitig immer strengere Emissionsstandards erfüllen.”

Detaillierte chemische Reaktionsmechanismen ernmöglichen präzise Simulation

Eindringtiefe des Einspritzstrahls: Der Vergleich von Messung (oben) und Simulation (unten) zeigt die Leistungsfähigkeit von Forté CFD
Eindringtiefe des Einspritzstrahls: Der Vergleich von Messung (oben) und Simulation (unten) zeigt die Leistungsfähigkeit von Forté CFD

Forté CFD steht für jahrzehntelange Erfahrung und Fortschritte in der Kraftstoffchemie und ermöglicht unter Nutzung detaillierter chemischer Reaktionsmechanismen eine präzise Simulation. Die Reaktionsmechanismen, die in der Simulationssoftware zum Einsatz kommen, basieren auf jahrelanger Forschung der Mitglieder des „Model Fuels Consortium“, die ausgiebig Modellvorhersagen über eine große Bandbreite von Druck-, Temperatur- und Äquivalenzverhältnissen bewertet haben, was für modernste Designs wichtig ist. Während derzeit auf dem Markt befindliche CFD-Simulationspakete nicht die Komplexität echter Kraftstoffmodelle bewältigen können, vereinfacht und beschleunigt Forté CFD alle chemischen Berechnungen, die notwendig sind, um eine bisher unerreichte Präzision mit lösungsreifen Metriken zu erzielen, die in die Zeitrahmen kommerzieller Entwicklungen passen.

Hochpräzise Zerstäubungsmodelle ermöglichen echte Treibstoffanalysen

Einem Joint-Venture zwischen Reaction Design und Wisconsin Engine Research Consultants ist es zu verdanken, dass Forté CFD „rasterunabhängige“ Zerstäubungsmodelle integriert, die in hohem Maße den für das Vorhersagen der Motorleistung erforderlichen Kalibrierungsumfang reduziert. Diese hochpräzisen Zerstäubungsmodelle ermöglichen auch echte Treibstoffanalysen, indem sie physikalische Eigenschaften mehrerer Komponenten mit einem Mehrkomponenten-Chemiemodell abgleichen.

Automatisierte Erstellung präziser Raster für die Simulation

Um rechengenaue Raster zu erzeugen, die für die Simulation von Verbrennungsmotoren notwendig sind, waren bisher immer besonderes ausgebildetes Fachpersonal und lange Durchlaufzeiten erforderlich. Einige kommerziell verfügbare CFD-Pakete nutzen automatische Rastertechniken, die angeblich Zeit- und Expertenaufwand reduzieren sollen. Diese Lösungen machen die Aufgaben oft nur komplexer und können dadurch tatsächlich den gesamten Zeitaufwand erhöhen und die Präzision der Berechnungen beeinträchtigen. Forté CFD umfasst einen neuartigen und patentierten automatisierten Raster-Generator, der in Kombination mit den fortschrittlichen rasterunabhängigen Zerstäubungsmodellen präzise Raster ohne Zugeständnisse an die Laufzeit oder Lösungspräzision produziert.

Simulation von Motorkonzepten wie PCCI oder HCCI

Benchmarktests ergaben, dass Forté CFD im Vergleich zu anderen CFD-Software-Produkten präzisere Vorhersagen von grundlegenden Verbrennungscharakteristiken liefert, wie etwa Zündzeitpunkte, Motorklopftendenzen sowie Schadstoff- und Rußemissionen. Das ermöglicht auch die Simulation von Motorkonzepten, die dramatische Effizienzverbesserungen in Aussicht stellen, etwa „Premixed Charge Compression Ignition“ oder „Homogeneous Charge Compression Ignition“ (PCCI bzw. HCCI) und Zweistoffmotoren.

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