ارائه و بررسی روش‌های کاربردی جهت بهبود تولید شبکه در شبیه‌سازی موتورهای احتراق داخلی با کد کیوا

دوستدار, محمد مهدی; قیومی, مالک

ارائه و بررسی روش‌های کاربردی جهت بهبود تولید شبکه در شبیه‌سازی موتورهای احتراق داخلی با کد کیوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ هیئت علمی دانشکده فنی مهندسی دانشگاه جامع امام حسین (ع) ، تهران، ایران

² مرکز تحقیقات پیشرانش نهاب؛ دانشگاه جامع امام حسین (ع) ، تهران ، ایران

چکیده

در این پژوهش به مشکل شبکه‌سازی در تحلیل دینامیک سیالات عددی برای موتورهای احتراق داخلی پرداخته شده است. تولید شبکه برای موتورهای احتراق داخلی خصوصاً برای کد متن‌باز KIVA که یکی از رایج‌ترین حلگرها در زمینه‌ی شبیه‌سازی موتور و احتراق می‌باشد، بسیار مشکل و زمان‌بر است. در این نوشتار روشی سریع و بهینه برای شبکه‌بندی کامل محفظه احتراق با تمام جزئیات به همراه سوپاپ‌ها و متناسب با کد KIVA-3V با استفاده از نرم‌افزار ANSYS ICEM CFD معرفی شده‌ است. در این روش، تولید شبکه و متحرک‌سازی آن در ANSYS ICEM CFD و KIVA بررسی شده است و مهم‌ترین مشکلات در رابطه با شبکه‌ی تولیدی شناسایی و راه‌های رفع آن ارائه شده است. علاوه بر این، خطاها و نواقص نرم‌افزاری نیز شرح داده شده‌اند. روند تولید شبکه‌ی پیشنهادی در این نوشتار به‌گونه‌ای است که علاوه بر رفع بسیاری از مشکلات تولید شبکه، زمان اختصاص داده شده به فرآیند تولید شبکه به حداقل ممکن کاهش می‌یابد. لازم به ذکر است این روش عمومی بوده و برای هندسه‌های مختلف غیر موتوری نیز قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1400.10.2.11.8

عنوان مقاله [English]

An Investigation of Applied Techniques to Improve Grid Generation in ICEs Simulations by KIVA

نویسندگان [English]

-Mohammad Mehdi Doustdar ¹
Malek Ghayoumi ²

¹ Aerospace Engineering Group Imam Hossein University

² Nahab Propulsion Research Center Imam Hossein University

چکیده [English]

In this investigation, grid generation difficulties in CFD analysis of internal combustion engines (ICEs) have been studied. Grid generation is primitive, extremely complicated and time consuming task in ICEs simulations. The KIVA open source code is one of the most popular CFD solvers in ICEs simulations. Grid generation for this solver is the most complex and difficult task. In the present work a methodology has been developed for rapid grid preparation in KIVA-3V code by using commercial grid generator, ANSYS ICEM CFD. In this methodology, all geometry details of ICEs, including valves and intake/exhaust ports, are taken into account. In this paper, the focus is not on modifying the KIVA code original mesh generator, however, the most popular grid generation and dynamic mesh management errors and some bugs in ICEM CFD and KIVA have been inspected and explained. By using the procedure described here, many of grid generation difficulties will be eliminated and grid generation time will be greatly reduced. It should be noted that many of features in this paper are general and can be used for geometries other than ICEs.

کلیدواژه‌ها [English]

Numerical Simulation
ICEs
Grid Generation
Dynamic Mesh

مراجع

Reitz, R.D. “Directions in Internal Combustion Engine Research”, Combustion and Flame, Vol. 160, No. 1, pp. 1-8, 2013.
Jianwen, Yi. “Rapid Mesh Generation and Dynamic Mesh Management for KIVA-3V”, Ford Research Laboratories Report, 1-6, 2000.
Thompson, J.F., Soni, B.K., and Weatherill, N. P. “Handbook of Grid Generation”, pp. 3-20, CRC Press, NewYork, 1999.
Lakshminarayanan, P.A., Aghav, Y.V., and Shi, Yu. “Multi-dimensional Modelling of Diesel Combustion: Review”, Y. Shi, R. D. Reitz, Modelling Diesel Combustion, Eds., pp. 207-246, New York: Springer, 2010.
Tianpen, Z., Yongfeng, L., and Yan, S. “Grid Generation Research for Intake-Exhaust Closing Internal Combustion Engine Using Kiva Software”, International Conference on Intelligent Control and Computer Application, Zhengzhou, China, pp. 76-79, 2016.
Nishad, K.P. “Modeling and Unsteady Simulation 0f Turbulent Multi-phase Flow Including Fuel Injection in IC-engines”, PhD Thesis, The Institute for Energy and Powerplant Technology, Technical University of Darmstadt, 2013.
Liu, Y.F., Zhang, Y.T., and Xiong, Q.H. “Mesh Generation and Dynamic Mesh Management for KIVA-3V”, Beijing Institute of Technology (English Edition), Vol. 18, pp. 41-45, 2009.
Amsden, A.A. “KIVA-3:A KIVA Program with Block-Structured Mesh for Complex Geometries”, Los Alamos National Laboratory Report, 1993.
Amsden, A.A. “KIVA-3V: A Block-Structured KIVA Program for Engines with Vertical or Canted Valves”, Los Alamos National Laboratory Report, 1997.
Amsden, A.A., O'Rourke, P.J., and Butler, T.D. “KIVA-II: A Computer Program for Chemically Reactive Flows with Sprays”, Los Alamos National Laboratory Report, 1989.
Kong, S.-C. “How to Run KIVA-3V”, ERC-University of Wisconsin-Madison, 1-2, 2001.
Hirt, C., Amsden, A.A., and Cook, J.L. “An Arbitrary Lagrangian-Eulerian Computing Method for All Flow Speeds”, Computer Physics, Vol. 14, No. 1, pp. 227-253, 1974.
Pracht, W.E. “Calculating Three-Dimensional Fluid Flows at All Speeds with an Eulerian-Lagrangian Computing Mesh”, Computer Physics, Vol. 17, No. 3, pp. 132-159, 1975.
ANSYS-Inc. “ANSYS Acquisition History”, http://investors.ansys.com/company-information/ acquisition-history.
ANSYS-Inc. “ANSYS ICEM CFD User Manual”, ANSYS-Inc., Pennsylvania, 2015.
Hessel, P.R. “Numerical Simulation of Valved Intake Port and In-Cylinder Flows Using KIVA3”, PhD Thesis, College of Engineering, University of Wisconsin-Madison, 1993.
Musu, E., Gentili, R., and Zanforlin, S. “Four Stroke Engine Geometry for Stratified Charge Combustion”, ASME Fall Technical Conference, Ottawa, Canada, 2005.
Hessel, P.R., Musu, E., Aceves, M.S., and Flowers, D. L. “A General Rezoning Technique for KIVA3V Internal Combustion Engines CFD Simulations”, ASME Fall Technical Conference, San Antonio, 2010.