CFD

[chrisb]

Als erstes solltest Du mal prüfen, ob es den Pfad gibt.

[herbk]

Hi Wilfried.

Leider habe ich keine Ahnung ob das alles so sein muss mit den Schrägen und Radien.

Ja, das muss so sein. Ventilsitze haben einen bestimmten Winkel und eine bestimmte Breite wo das Ventil im Sitz aufliegt. Hält man die Breite (= Auflagefläche) nicht ein, führt das zu Ventilschäden weil die Hitze aus dem Ventil nicht mehr abgeführt werden kann. Die geraden Flächen mit anderem Winkel neben dem Ventilsitz werden vom Werkzeug "verursacht" und sind nur seeehr schlecht zu verrunden weil wir hier ganz hartes Material haben.

Will man die Strömng im Rohr möglichst genau simulieren, muss man das Modell auch so machen.

Allerdings bezweifle ich nach wie vor dass sich das Ganze so simulieren lässt...

Die Gassäule im Ansagtrackt ist keine kontinuierleche sondern eine stark oszilierende Strömung bei welcher sich ständig alle möglichen Strömungsparameter (Geschwindigkeit, Richtung und Druck) ändern. Will man viel Frischgas in den Motor bekommen, muss man den das Schwingen der Gassäule in der Form nutzen, dass jeweils dann wenn das Ventil gerade öffnet eine "Blase" mit möglichst hohem Druck am Ventil ankommt.

[r.tec]

Hallo,
ich finde diesen Fred sehr interessant. Danke dafür!
Nur zur Info: mit solchen Geräten (Flussbank in good old German) wird am offenen Herzen gemessen: https://www.superflow.com/aspx/cat.aspx ... 4&navid=25

Als Literatur erpfehle ich:
https://www.amazon.de/David-Vizards-Cyl ... vid+vizard

und
https://www.amazon.de/Engine-Airflow-pr ... ne+airflow

Viele Grüße
Helmut

[r.tec]

Hallo,
noch mal mein Senf zu Herb's Anmerkungen. Das, was er zuletzt schreibt, nennt sich Stoßwelle (das im Tuning beliebte Begriff Shockwave-Tuning). Das funzt aber nur in einem ganz engen Drehzahlbereich (weswegen seit ein paar Jahren die Ansaugtrakte bei einigen Serien-Motoren unterschiedliche Längen für bestimmte Drehzahlbereiche haben.

Zur Beurteilung, ob ein Zylinderkopf nun gut oder schlecht funzt, kann man aber von einer kontinuierlichen Strömung ausgehen, was anderes macht eine Flowbench-Untersuchung auch nicht, die bei verschiedenen Unterdrücken Luft ansaugt (trocken). Um genauer zu sein müsste ein Gemisch angesaugt werden (außer bei DI-Motoren), denn eine mit Tröpfchen angereicherte Luft verhält sich strömungstechnisch anders als trockene Luft.

Außerdem: bei einer Drehzahl von 10000 /min findet ein Gaswechsel 5000/min statt (4-Takt), das sind 83 mal in der Sekunde. Ich behaupte mal, das ist fast ein kontinuierlicher Strom.

Gruß
Helmut

[Anderl]

Hi Wilfried.

Leider habe ich keine Ahnung ob das alles so sein muss mit den Schrägen und Radien.

Ja, das muss so sein. Ventilsitze haben einen bestimmten Winkel und eine bestimmte Breite wo das Ventil im Sitz aufliegt. Hält man die Breite (= Auflagefläche) nicht ein, führt das zu Ventilschäden weil die Hitze aus dem Ventil nicht mehr abgeführt werden kann. Die geraden Flächen mit anderem Winkel neben dem Ventilsitz werden vom Werkzeug "verursacht" und sind nur seeehr schlecht zu verrunden weil wir hier ganz hartes Material haben.

Will man die Strömng im Rohr möglichst genau simulieren, muss man das Modell auch so machen.

Allerdings bezweifle ich nach wie vor dass sich das Ganze so simulieren lässt...

Die Gassäule im Ansagtrackt ist keine kontinuierleche sondern eine stark oszilierende Strömung bei welcher sich ständig alle möglichen Strömungsparameter (Geschwindigkeit, Richtung und Druck) ändern. Will man viel Frischgas in den Motor bekommen, muss man den das Schwingen der Gassäule in der Form nutzen, dass jeweils dann wenn das Ventil gerade öffnet eine "Blase" mit möglichst hohem Druck am Ventil ankommt.

Oh, jemand der sich mit Verbrennern auskennt und beschäftigt.
Ich denke es lässt sich 100% simulieren wenn die Ventile in Bewegung gesetzt werden und ebenfalls ein Kolben vorhanden ist der, zeitlich abgestimmt zu den Ventilen, auf und abfährt. Dann hätten wir hier den vollen Ablauf simuliert, inkl aller von dir angesprochenen Eigenheiten die in einem Kanal so passieren. Das Schwingen der Gassäule und die Blase die vor dem Ventil könnte man dann bestimmt ebenfalls Simulieren. Die Blase wäre aber in meinem Fall "uninteressant". Die Lage der Blase im Kanal ist abhängig von der Drehzahl (Schwingung) und der Länge des Kanals. Aus diesem Grund haben moderne PKW ein Ansaugrohr welches sich in der Länge verstellt um die Blase über einen möglichst großen Drehzahlbereich zu nutzen. Diese Technik habe ich allerdings an meinem Motor nicht, mein Motor ist BJ 1987. Ich muss zu guter letzt am Leistungsprüfstand die Länge des Ansaugrohrs und die Nockenwellen verstellen bis der Motor möglichst homogen läuft.
Das ganze hier allerdings zu Realisieren und zu Simulieren sprengt wahrscheinlich den Rahmen und übersteigt mein Wissen über CFD zu 5000%
Der jetzige Ansatz hat ein sehr hohes Niveu und zeigt eigentlich auf, was seit Urzeiten auf Strömungsprüfständen probiert wird. Strömungsprüfstande sind eigentlich ein gutes Mittel um den Durchfluss zu messen und abzuschätzen ob etwas funktioniert oder nicht. Der Nachteil am Prüfstand ist dass du die Teile brauchst um die auch zu Prüfen. Dh. in meinem Fall müsste ich ein paar verschiedene Ansaugrohre und verschiedene Trichter Drucken lassen. Das ganze kostet halt auch nicht wenig.

[Anderl]

Hallo,
noch mal mein Senf zu Herb's Anmerkungen. Das, was er zuletzt schreibt, nennt sich Stoßwelle (das im Tuning beliebte Begriff Shockwave-Tuning). Das funzt aber nur in einem ganz engen Drehzahlbereich (weswegen seit ein paar Jahren die Ansaugtrakte bei einigen Serien-Motoren unterschiedliche Längen für bestimmte Drehzahlbereiche haben.

Zur Beurteilung, ob ein Zylinderkopf nun gut oder schlecht funzt, kann man aber von einer kontinuierlichen Strömung ausgehen, was anderes macht eine Flowbench-Untersuchung auch nicht, die bei verschiedenen Unterdrücken Luft ansaugt (trocken). Um genauer zu sein müsste ein Gemisch angesaugt werden (außer bei DI-Motoren), denn eine mit Tröpfchen angereicherte Luft verhält sich strömungstechnisch anders als trockene Luft.

Außerdem: bei einer Drehzahl von 10000 /min findet ein Gaswechsel 5000/min statt (4-Takt), das sind 83 mal in der Sekunde. Ich behaupte mal, das ist fast ein kontinuierlicher Strom.

Gruß
Helmut

https://youtu.be/TDJiekKXMMk

In diesem Video sieht man ein wenig wie die Luftsäule pulsiert. Der Motor bekommt den Sprit von aussen in den Trichter gespritzt. Wenn man das Video etwas verfolgt sieht man wie in bestimmten Drehzahlbereichen das Luft/Benzin gemisch sogar weit aus dem Trichter austritt bevor es wieder angesaugt wird. Das sind die Drehzahlbereiche in denen die "Blase" an der falschen Stelle ankommt. Die Luftsäule schwingt auf alle Fälle und hier ist es auch sichtbar gemacht. Eigentlich müsste man die Teile am Prüfstand nicht nur auf Ansaugen optimieren sondern man müsste die Teile auch mal umgedreht messen und Optimieren. Beim Zylinderkopf sicher noch zu vernachlässigen sieht das im Ansaugrohr schon anders aus. Wenn die Gassäule beim zurückschwingen komplett verwirbelt hast du beim nächsten Ansaugvorgang sicher einen Verlust.

[r.tec]

...nun kenne ich den 128-Motor ein wenig, weil mein Kumpel, eine Fiat-Mann, zwei Renn-128 hatte (jetzt nur noch einen), aber mit 2x45DCOE, und der Motor geht gerne mal bis 9500 RPM. Davon war der im Film ganz weit weg. Ab 5000 kommt bei dem nichts mehr heraus...
Dieser Motor ist ein geniales Stück Metall...

[chrisb]

Und dieses Verhalten kann sogar auch noch genutzt werden, indem die Gassäule zwischen zwei im Gegentakt laufenden Kolben (also beim Reihenvierzylinder um 360° versetzt) schwingt.

[herbk]

Hi Anderl,

Ich denke es lässt sich 100% simulieren

OK, simulieren lässt sich das sicher, ich hätte da besser schreiben sollen "Lässt sich nicht mit der uns zur Verfügung stehenden Rechenleistung simulieren"...

[thschrader]

@Thomas, ich hätte dein Modell laufen lassen um mir das Ergebnis anzusehen und bekomme die Meldung aus dem Bild. Magst du mir sagen was ich machen muss?Fehlermodelllauf.PNG

Anderl, du must vorher den Vernetzer laufen lassen. Der erzeugt in ...appdata/local/temp den temporären
folder "meshcase". Dann auf run.

EDIT: hier noch mal sauber.
FC starten, Modell laden. Im Modellbaum Doppelklick auf CfdAnalysis, cfd-wb startet.
Dann im Modellbau nochmal alle Optionen aufrufen und bestätigen. Dabei wirst du
sehen, das unter FluidProperties "none" erscheint, also nochmal "air" auswählen.
Doppelklich auf "Part__Feature_CartesianMesh" öffnet den mesher-Dialog. Nochmal
neu vernetzen (das dauert min 30 min). Oder du musst ein gröberes Netz einstellen.
Im Modellbaum OpenFOAM auswählen. Unten im Data Feld kannst du einstellen, ob
eine serielle oder parallele Berechnung durchgeführt werden soll sowie die Anzahl
der zu verwendenden CPUs. Achtung: hier wird eine stationäre Berechnung durchgeführt,
die Felder EndTime, TimeStep ud WriteIntervall sind dann keine physikalische Zeit,
sondern ein Iterationszähler. Bei einer transienten Berechnung wäre das anders.
Dann den case schreiben. Dann die case-files kontrollieren (dabei den run-Dialog nicht schliessen!).
Z.B. kannst Du in constant/transportProperties manuell eine andere kinematische Viskosität als Luft eintragen.
Dann auf Run klicken, solver startet, das residuen-Bild erscheint. An dem Verlauf der Residuen für Vx/Vy/Vz/p kannst
du sehen, ob die Lösung konvergiert (fallende Residuen). Der Solver stoppt, wenn eines von 2 Kriterien
erfüllt ist. Die maximale Anzahl Iterationen ist erreicht (hier 1000) oder das in system/fvSolution angebene
Fehlerkriterium (alle Residuen kleiner 0.001) wird erreicht. Kannst du manuell einstellen. Wird standardmässig
mit 0.0001 geschrieben, die Berechnung dauert dann (teilweise erheblich) länger.

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fremden_case_laden.JPG (72.42 KiB) Viewed 830 times