diplomovÁ prÁce proudĚnÍ v traktu topenÍ automobilu autor: tomáš mužík
DESCRIPTION
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ ÚSTAV TECHNICKÉ MATEMATIKY OBOR APLIKOVANÉ A NUMERICKÉ MATEMATIKY. DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík Vedoucí práce: Prof. Ing. Pavel Šafařík, CSc. Akademický rok: 2006/2007. CÍL DIPLOMOVÉ PRÁCE. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/1.jpg)
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZEFAKULTA STROJNÍ
ÚSTAV TECHNICKÉ MATEMATIKYOBOR APLIKOVANÉ A NUMERICKÉ MATEMATIKY
DIPLOMOVÁ PRÁCE
PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU
Autor: Tomáš MužíkVedoucí práce: Prof. Ing. Pavel Šafařík, CSc.Akademický rok: 2006/2007
![Page 2: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/2.jpg)
CÍL DIPLOMOVÉ PRÁCE 1. Vyřešení proudového pole
uvnitř traktu topení automobilu firmy ŠkodaAuto.
2. Navržení tvarových změn vedoucích k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu.
3. Tvarová optimalizace traktu topení vedoucí k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu.
![Page 3: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/3.jpg)
Vstup
Výstup 1
Výstup 2
Výstup 3 Výstup 4
Přívod vzduchu k ofukovačům
400
210
97
210
73,5
60
210
210
145
145
85
![Page 4: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/4.jpg)
Výpočet proudového pole CFD metodami v software Fluent
Soustava rovnic:
Navierovy – Stokesovy rovnice
• Rovnice kontinuity
• Rovnice bilance hybnosti
• Doplněné rovnicemi transportními pro kinetickou energii turbulence a pro rychlost disipace podle druhu modelu turbulence.
0
i
i
x
u
i
j
ij
ij
ji Fxx
p
x
uu
![Page 5: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/5.jpg)
1. Vyřešení proudového pole uvnitř traktu topení automobilu firmy ŠkodaAuto
• Řešení rozložení hmotnostních průtoků na výstupech z traktu topení s cílem otestovat a vybrat nejvhodnější variantu modelu turbulence a typu sítě pro řešení zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu.
• Vstup: Hmotnostní průtok odpovídající 2. stupni na ventilátoru (rychlost zadána homogenně V=5,3m.s-1). Ostatní parametry nastaveny tak, aby simulovaly reálné prostředí.
• Jako nejlepší varianta byl vyhodnocen model turbulence realizable k-ε (rke)
Model kvalita
sítě
Hmotnostní průtok [kg/hod]
Turbulence vstup výstup 1 výstup 2 výstup 3 výstup 4
Měření 288,1 -63,5 -93,5 -71,9 -59,2
rke
level 2 288,072252 -64,0092096 -93,9323556 -72,0785592 -58,0519152
level 4 288,072252 -64,011978 -93,8670552 -72,0854532 -58,1082264
level 6 288,072252 -63,9368964 -93,9112056 -72,1107216 -58,1136732
ske
level 2 288,072252 -67,6177848 -89,7579936 -68,3070192 -62,3875716
level 4 288,072252 -62,0735436 -68,2847712 -90,4073688 -67,3074684
level 6 288,072252 -62,1043956 -68,2042356 -90,2033928 -67,5561888
rng
level 2 288,072252 -57,1022568 -75,9267324 -91,3409856 -63,9414144
level 4 288,072252 -57,2233068 -74,8088496 -91,42992 -64,6110972
level 6 288,072252 -58,1390136 -73,8900432 -91,5631452 -64,4800176
![Page 6: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/6.jpg)
Proudové pole nejlepší varianty
Kontury rychlostí, řez výstupem 2
Odtržení
Pole vektorů rychlostí v traktu topení Proudnice v traktu topení
Kontury rychlostí, řez výstupem 3
![Page 7: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/7.jpg)
2. Navržení tvarových změn pomocí software Sculptor vedoucích k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na
výstupech z traktu
Hmotnostní průtok [kg/h]
vstupvýstup
1výstup
2výstup
3výstup
4
varianta
1288,072 -60,899 -97,049 -71,490 -58,633
varianta 2
288,072 -64,766 -81,512 -82,160 -59,632
varianta 3
288,072 -66,562 -80,532 -75,075 -65,901
Varianty 3 Varianta 2 Varianta 1
h
kgmvstup 018,724
0
20
40
60
80
100
120
Výstup 1 Výstup 2 Výstup 3 Výstup 4
Varianta 1
Vatianta 2
Varianta 3
Průměrná hodnota
průměr
![Page 8: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/8.jpg)
Proudové pole variant po tvarových změnách
Proudnice v traktu topení
Kontury rychlostí, řez výstupem 2
Kontury rychlostí, řez výstupem 2
Proudnice v traktu topení
Kontury rychlostí, řez výstupem 2
Proudnice v traktu topení
Varianta 1 Varianta 3Varianta 2
![Page 9: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/9.jpg)
3. Tvarová optimalizace traktu topení vedoucí k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu
• Gradientová optimalizační metoda LSGRG2
• Minimalizujeme cílovou funkci• Užívá gradientu k nalezení směru
nejstrmějšího sestupu• Najde lokální minimum
• Cílová Funkce: rovnoměrnost
Vstup [kg/h]
Výstup1 [kg/h]
Výstup2 [kg/h]
Výstup3 [kg/h]
Výstup4 [kg/h]
Před optimalizací
288,072
-64,009 -93,932 -72,078 -58,051
Po optimalizaci
288,072
-68,538 -80,711 -71,974 -66,847
4
1 4ii
vstup mm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Výstup 1 Výstup 2 Výstup 3 Výstup 4
Před optimalizací
Optimalizovaná varianta
Průměrná hodnota
![Page 10: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/10.jpg)
Isight
Sculptor
Fluent
Průběh optimalizačního procesuCFD Processing•Výpočet proudového pole•Výstupem jsou parametry proudění (hmotnostní průtoky)
Deformace sítě pomocí ASD objemů
Optimalizační nástrojGradientová metoda LSGRG2
Komunikace pomocí textových
souborů ve formátu *.jou
Proces probíhá dokud:
• Není nalezeno minimum
• Nenarazí na hraniční kritéria – - deformace sítě nesmí překročit povolenou mez (dále by byl výpočet zatížen příliš velkou chybou)
ASD objem
![Page 11: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/11.jpg)
Isight
Sculptor
Fluent
Před optimalizací
Po optimalizaci
![Page 12: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/12.jpg)
Proudové pole po tvarové optimalizaci
Kontury rychlostí,
řez výstupem 2 Kontury rychlostí, řez výstupem 3
Kontury tlaků, řez výstupem 2
Kontury tlaků, řez výstupem 3 Pole vektorů rychlostí v traktu topení
hluky,tlaková ztráta !!!
zúžení
![Page 13: DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062309/5681586a550346895dc5c982/html5/thumbnails/13.jpg)
Závěr
• Byly otestovány modely turbulence, kvalita sítě a jejich vliv na výpočet proudění v traktu topení.
• Jako nejvhodnější model turbulence pro vnitřní aerodynamiku byl vybrán rke. Nejlépe splnil požadovaná kritéria.
• Bylo zjištěno, že není možné dosáhnout rovnoměrnosti hmotnostních průtoků manuálními tvarovými změnami.
• Byla navržena a vyřešena optimalizační úloha.• Získané výsledky ukazují, že tento postup je v praxi
dobře aplikovatelný.• V praxi by se však neřešila jen tato část traktu, ale celé
rozvody v automobilu najednou.• V oboru aerodynamiky se optimalizace stává účinným
nástrojem k řešení technických problémů.