Βελτιστοποίηση φίλτρων καυσίμου μέσω τρισδιάστατης προσομοίωσης

Βελτιστοποίηση φίλτρων καυσίμου μέσω τρισδιάστατης προσομοίωσης

Τα φίλτρα καυσίμου που έχουν αναπτυχθεί για αυτοκίνητα πρέπει να πληρούν αυστηρότερες και αυστηρότερες απαιτήσεις, ωστόσο πρέπει επίσης να είναι έτοιμα για την αγορά σε όλο και μικρότερες χρονικές περιόδους. Οι σχεδιαστές που βρίσκονται ανάμεσα σε αυτές τις δύο απαιτήσεις έχουν τώρα υποστήριξη με τη μορφή εργαλείου προσομοίωσης: υπολογίζει όλα τα σχετικά χαρακτηριστικά του σχεδιασμού του φίλτρου – απόδοση καθαρισμού, διάρκεια ζωής κ.λπ. – και έτσι επιτρέπει την αποτελεσματική και οικονομικά αποδοτική ανάπτυξη.

Τα αυτοκίνητα περιέχουν πολλά φίλτρα: τα φίλτρα αέρα καμπίνας διασφαλίζουν ότι οι ρύποι και η γύρη παραμένουν έξω από την καμπίνα επιβατών, τα φίλτρα καυσίμου εμποδίζουν τα στερεά σωματίδια να βλάψουν το κύκλωμα καυσίμου και τα φίλτρα λαδιού και υγρού κιβωτίου ταχυτήτων καθαρίζουν τη βρωμιά από το λάδι. Όσοι αναπτύσσουν αυτά τα φίλτρα έρχονται αντιμέτωποι με πολλές απαιτήσεις: τα προϊόντα τους πρέπει να αντέχουν έντονες διακυμάνσεις θερμοκρασίας και κραδασμούς, πρέπει να χωρούν σε έναν προκαθορισμένο χώρο εγκατάστασης και πρέπει να συμμορφώνονται με ολοένα και πιο αυστηρά πρότυπα ποιότητας – όλα αυτά ενώ οι χρόνοι ανάπτυξης γίνονται όλο και μικρότεροι.

Οι κατασκευαστές φίλτρων συνήθως προμηθεύονται το υλικό του φίλτρου και βελτιστοποιούν το προϊόν τους διαφοροποιώντας τη διάταξη των πτυχών, τον σχεδιασμό του περιβλήματος και τη θέση των ανοιγμάτων εισαγωγής και εξόδου. Από τα διάφορα σχέδια, αναπτύσσουν πρωτότυπα που στη συνέχεια δοκιμάζονται για τα επιθυμητά χαρακτηριστικά – μια δαπανηρή και εντατική επιχείρηση. Οι προσομοιώσεις υπολογιστή χρησιμοποιούνται ήδη, αλλά συχνά χρησιμεύουν αποκλειστικά για τον υπολογισμό της ροής μέσω του φίλτρου. Η απόδοση καθαρισμού ή ακόμα και η ανθεκτικότητα – δηλαδή το χρονικό διάστημα πριν από την αντικατάσταση του φίλτρου – μπορούν επομένως να εκτιμηθούν μόνο κατά προσέγγιση σε εμπειρική βάση.

Προσομοίωση δυναμικής απόδοσης καθαρισμού φίλτρων καυσίμου

Οι ερευνητές στο Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM δίνουν τώρα ένα εργαλείο προσομοίωσης απευθείας στα χέρια των προγραμματιστών φίλτρων: την «Εργαλειοθήκη προσομοίωσης στοιχείου φίλτρου – FiltEST». Ο Δρ Ralf Kirsch, επιστήμονας στο Fraunhofer ITWM, λέει, «Η εργαλειοθήκη μας επιτρέπει στους προγραμματιστές να προσομοιώνουν οι ίδιοι τις διαδικασίες φιλτραρίσματος. Αυτό τους επιτρέπει να κάνουν ρεαλιστικές δηλώσεις σχετικά με την απόδοση καθαρισμού ενός συγκεκριμένου σχεδίου και να προβλέψουν πόση βρωμιά θα συσσωρευτεί με την πάροδο του χρόνου.»



Αυτό που ξεχωρίζει αυτό το εργαλείο προσομοίωσης είναι το επιλογή υπολογισμού μεταβλητών που δεν μπορούν να προσομοιωθούν με τυπικές διαδικασίες, καθώς και η ικανότητά του να αναλύει πώς θα αλλάξουν τα χαρακτηριστικά του φίλτρου με την πάροδο του χρόνου – λαμβάνοντας υπόψη, για παράδειγμα, ότι το φίλτρο θα φράξει με τα σωματίδια που συλλαμβάνει . Πόσο γρήγορα θα μειωθεί η αποτελεσματικότητα του φίλτρου; Πόσο μεγάλο αντίκτυπο έχει αυτό στη μείωση της πίεσης; Και τι επίδραση έχει αυτό στο διήθημα;

Αν κάποιος ήθελε να υπολογίσει αυτόν τον πόρο με πόρο και σωματίδιο με σωματίδιο, η υπολογιστική προσπάθεια θα ήταν αδύνατο να διαχειριστεί. Για να το ξεπεράσουν αυτό, οι ερευνητές έχουν καταφύγει σε ένα τέχνασμα: ούτε προσομοιώνουν κάθε πόρο στο μέσο φίλτρου, ούτε υπολογίζουν τα μεμονωμένα σωματίδια που περνούν ή παραμένουν στο φίλτρο. 'Αντι αυτου, Θεωρούμε το μέσο φίλτρου ως ένα ομοιογενές συνεχές και εργαζόμαστε με τις συγκεντρώσεις σωματιδίων », συνοψίζει ο Kirsch.

Αυτό συμβαίνει επειδή για τον κατασκευαστή του φίλτρου, δεν έχει μεγάλη σημασία ποια από τα πολλά σωματίδια παραμένουν παγιδευμένα στο φίλτρο. Το μόνο που τους απασχολεί είναι πόσα πιάνει συνολικά το φίλτρο. Αυτό ακριβώς υπολογίζουν αυτά τα μοντέλα: την αναλογία των σωματιδίων που διέρχονται από το μέσο φίλτρου και την αναλογία που μένουν πίσω. Επιπλέον, η προσομοίωση μπορεί να καθορίσει πόσα σωματίδια ξεπλένονται ξανά από το φίλτρο με την πάροδο του χρόνου, ως αποτέλεσμα της έκπλυσης.

Πηγή: Fraunhofer