Simulation Erweitertes CFD-Paket sagt Motorklopfen voraus

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Das CFD-Paket (Computational Fluid Dynamics) FORTÉ von Reaction Design wurde um Möglichkeiten zur Vorhersage des Klopfens erweitert. Die Software zur realistischen 3D-Modellierung von Brennstoffeffekten in Verbrennungsmotoren lässt sich zur genauen Simulation sowohl von Selbstzündungs- als auch von Flammenausbreitungs-Phänomenen im Zylinder einsetzen.

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Das CFD-Paket FORTÉ wurde um Möglichkeiten zur Vorhersage des Klopfens erweitert
Das CFD-Paket FORTÉ wurde um Möglichkeiten zur Vorhersage des Klopfens erweitert
(Bild: Reaction Design)

Dadurch können Entwickler Motoren mit optimaler Leistung, höherer Brennstoffökonomie und verringerten Schadstoffemissionen schaffen. „Bislang haben sich CFD-Simulationsmethoden auf die Modellierung des Motorverhaltens auf einem hohen Niveau fokussiert. Doch liegt der wirkliche Wert einer Simulation in der Möglichkeit, wichtige Ereignisse während des Verbrennungszyklus‘ vorherzusagen, welche die Effizienz, die Zuverlässigkeit sowie den Schadstoffausstoß unmittelbare beeinflussen. FORTÉ ist das einzige CFD-Paket mit integrierten CHEMKIN-PRO Chemie-Solvern, welche die Vorhersage von Selbstzündungseffekten ermöglichen”, betont Bernie Rosenthal, Chief Executive Officer von Reaction Design.

„Wenn Kraftstoffe unsauber zünden, stören sie die Motorzyklen, verursachen Schäden der Komponenten und wirken sich nachteilig auf die Leistung des Fahrzeugs aus. Wenn sie FORTÉ einsetzen, können Entwickler ein hohes Vertrauen in ihre Designs gewinnen noch ehe sie mit der zeitraubenden und kostspieligen Aufgabe beginnen, mit echter Hardware zu experimentieren.”

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10-mal schneller am Ziel

Um den rechnerischen Time-to-Solution-Zielen zu entsprechen, setzen herkömmliche CFD-Simulations-Lösungsansätze für Verbrennungsmotoren die Verwendung von stark reduzierten Treibstoffchemie-Modellen voraus, die nicht in der Lage sind, echtes Selbstzündungsverhalten genau zu emulieren. Bei Einsatz der im Paket eingebetteten CHEMKIN-PRO Solver-Technologie gelangt FORTÉ ohne die Verwendung von stark reduzierten Treibstoffmodellen 10-mal schneller und mit höherer Genauigkeit zu den gewünschten Ergebnissen. FORTÉ verwendet Mehrkomponenten-Benzinkraftstoffmodelle, welche die Hunderte von chemischen Stoffen und die entsprechenden kinetischen Reaktionen umfassen, die sich als notwendig erwiesen haben, um zuverlässig vorherzusagen, wann die Zündung stattfindet.

Physik und Chemie beim Verbrennungsprozess beachten

„Die Entwicklung von Motoren mit reduziertem Schadstoffausstoß, verbesserter Leistung und hoher Zuverlässigkeit setzt voraus, dass sowohl die am Verbrennungsprozess beteiligte Physik als auch die zugehörige Chemie Beachtung finden,” erklärt dazu Professor Rolf Reitz, Distinguished Professor im Fachbereich Maschinenbau der Universität Wisconsin-Madison und Mitglied des Wisconsin Engine Research Center (WERC). „FORTÉ bedient sich jahrzehntelanger Studien sowie der modernsten numerischen Methoden, um wirklich prädiktive Fähigkeit für wichtige Motorbedingungen bereitzustellen, bei denen genaue Modelle sowohl der Physik als auch der chemischen Kinetik von entscheidender Bedeutung sind.”

Detaillierte chemische Mechanismen

Das im Jahre 2005 von Reaction Design gegründete Model Fuels Consortium entwickelte und validierte detaillierte chemische Mechanismen und Software einschließlich FORTÉ gegen reale Motoren und reale Kraftstoffzusammensetzungen. Aus diesem Grund erhalten Motorentwickler Zugriff auf CFD-Modelle, welche das Verhalten genau erfassen, das in den hoch effizienten, schadstoffarmen Motorentwicklungen von heute vor sich geht.

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