converge視頻教程專用介紹材料

1、CONVERGECFD軟件快速準確的內(nèi)燃機模擬Convergent Science, Inc.雙燃料(異辛烷+柴油)氣缸內(nèi)自動點火位置(紅色)和油滴的分布. (經(jīng)克萊斯勒公司授權(quán))所屬：IDAJ-China所有公司名，產(chǎn)品名，服務名是 各個公司的商標或登記商標以及服務商標。本資料包括保密信息。沒有得到敝公司的同意，請不要使用，發(fā)布，復制本資料或本電子檔。在火花塞電極附近加密的網(wǎng)格分辨率Convergent Science Inc. (CSI): 簡介CSI成立于1997年. 總部在威斯康辛州麥迪遜市的近郊CSI是CFD領(lǐng)域的專家. 從網(wǎng)格生成,數(shù)值模擬方法,到紊流, 噴霧, 燃燒模擬和優(yōu)化設計

2、都有完善的解決方案。CSI開發(fā)了用于發(fā)動機缸內(nèi)流動, 噴霧和燃燒的 CONVERGE CFD軟件CONVERGE可用來模擬任何類型的發(fā)動機機型 天然氣, 柴油, 汽油, HCCI,雙燃料等CSI發(fā)展很快并且公司很穩(wěn)定CSI現(xiàn)在有22位職員 (不包括銷售商)KIVA 咨詢 (100%)KIVA 咨詢和CONVERGE 研發(fā)CONVERGE咨詢 和研發(fā)CONVERGE銷售,研發(fā)和咨詢CONVERGE的銷售 是受限制的2005年現(xiàn)在2008年1997年2002年模擬的進氣速度分布CSI headquarters in Middleton, Wisconsin USACopyright (C) 201

3、2 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.1Convergent Science: 經(jīng)銷商歐洲: 合作伙伴Ignite3d 2010年開始負責CONVERGE 在歐洲的銷售和售后服務亞洲: 從2013年開始, IDAJ 將成為CSI在中國和日本的經(jīng)銷商IDAJ中國 2013三月CSI總部:威斯康辛州的麥迪遜IDAJ日本2013三月CSI銷售總部:德州的圣安東尼Copyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.2CONVERGETMCFD概要CONVERGE是專為發(fā)模擬而開發(fā)的計算流體動力學包CONVERG

4、E在運行時自動生成高質(zhì)量的正交網(wǎng)格.可大量節(jié)省用戶的網(wǎng)格生成時間CONVERGE根據(jù)流場變量的梯度自動加密網(wǎng)格 (AMR), 可大大降低計算結(jié)果和計算時間對網(wǎng)格的依賴性CONVERGE有一套對應于噴霧和燃燒的物理模型，可準確模擬和優(yōu)化任意類型發(fā),天然氣,乙醇等)(柴油,HCCI,雙用CONVERGE模擬的四缸火花點燃發(fā)第一氣缸進氣時的速度大小分布.在CONVERGE在并行計算上效率很高(經(jīng)克萊斯勒公司)Copyright (C) 2012Co.,.s.3網(wǎng)格技術(shù):自動網(wǎng)格生成CONVERGE基于發(fā)幾何表面，采用獨特的網(wǎng)格切割專利技術(shù)在計算過程中自動生成適體網(wǎng)格。采用用戶指定base mesh

5、size切割；Polyhedra cellelements generated atsurfaceersection為靜態(tài)的理想正交六面體網(wǎng)格與幾何表面相交的網(wǎng)格被表面切割，形成多面體網(wǎng)格得到適體(body fitted)網(wǎng)格，并在任意時刻都能精確捕捉原始幾何表面網(wǎng)格切割算法運行速度快，并支持并行每個時間步長網(wǎng)格自動重建，重建時間占用的時間很短只有邊界網(wǎng)格感受到運動邊界影響，響網(wǎng)格不受影Represenive Cell Mesh Generated Automatically atRuntime by CONVERGEerior cells are orthogonal andsionaryC

6、opyright (C) 2012Co.,.s.4網(wǎng)格技術(shù):自適應網(wǎng)格加密 (AMR)AMR(Adaptive Mesh Refinement )可根據(jù)任意指定流場變量的梯度(如溫度,速度等)自動加密網(wǎng)格；AMR可以在用戶指定的時段開啟或關(guān)閉；AMR的引入，可以保證將密網(wǎng)格僅布置在需要的時間和空間位置，在有限的計算資源條件下，最大限度提高網(wǎng)格效率及計算精度Copyright (C) 2012Co.,.s.5AMR used large gradieto capture flow areas of nts加密(Embedding )網(wǎng)格技術(shù):基于用戶指定的固定空間進行網(wǎng)格加密:邊界加密在重點關(guān)注

7、邊界(通常為wall，如氣閥封閉面等)附近進行加密球形加密在重點關(guān)注區(qū)域指定球形（如火花塞附近）進行加密圓柱加密在重點關(guān)注區(qū)域指定圓柱（如進氣道，氣缸體）進行加密噴嘴加密在噴嘴附近進行加密（噴霧計算）噴孔加密在噴孔附近進行加密（噴霧計算）長方體加密在重點關(guān)注區(qū)域指定長方體進行加密ake Valve Seat Flagged for Boundary Embedding用戶可以指定任意多個在指定時刻啟用或關(guān)閉對于運動邊界，如氣閥，隨著邊界的運動而自動加密，并可Boundary embedding used (extra mesh added to valve seat immediay befo

8、re valve motion begins to resolve small flow area)加密區(qū)會。Boundary Embedding Entire Valve Surface在火花塞電極附近加密的網(wǎng)格分辨率Copyright (C) 2012Co.,.s.6網(wǎng)格技術(shù):Grid Control Example (1)(3) Before injection, both nozzle and boundary embedding are used to further resolve spray and wall effects(1) Coarse base grid run dur

9、ing compression for minimal run time(2) Near TDC, base cell size is reduced by a user specified factor using grid scaling(4) Final mesh using embedding and AMRRepresentative Meshing Strategies Used for Diesel Sector CaseCopyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.7Boundary EmbeddingNozzle

10、Embedding網(wǎng)格技術(shù):Grid Control Example (2)(Natural Gas Engine)Various embedding strategies are utilizedAMR is enabled to resolve both velocity and temperature gradients8All embedding strategies function automatically and can be enabled/disabled at user prescribed timesSphere embedding enabled near tube

11、entranceBoundary embedding enabled for head and pistonSphere embedding utilized near electrodeCylinder embedding used to resolve entire prechamber網(wǎng)格技術(shù):Effects of Mesh Resolution10000TheoreticalumAMR (Case 3)Case 3Fixed Embedding (Case 2)Coarse (Case 1)Case 1 No AMR8000No embedding6000(uniform cell s

12、izes)4000Case 12000Case 20No AMR020406080100120140With spray(CrAngle (deg. ATDC)extra meshspray core iybefore injecCase 3With spray emWidaptive(AMR)Temperature contours for Diesel simulationConvergent Science Inc. ProprietaryCopyright (C) 2012Co.,.s.9HR(Je) laetasebeddingmesh refinementi.e.With CONV

13、ERGE, the influence of the mesh on the results can be easily determined and minimizedembeddi enabled mmedia tion)ng in噴霧模型噴霧模型Kelvin-Helmholtz breakupRayleigh-Taylor breakupLISA sheet breakupTAB breakupInjection distributionsWall film model (particle based)Taylor series expansion spray-gas coupling

14、for decreased gridDiesel spray simulated with the modified KHRT breakup modelup,splash,i wni 0.12Vn vcos et ,i sin ep,i 0.8Vt et ,idependencyUrea injection with evaporation霧滴碰撞和聚合模型ORourke numerical algorithmNTC numerical algorithmv C r B n1 KH KH0 KHSom etal., Combustion and Flame 157 (2010)1179119

15、3Various collisionCollision mesh option液膜模型e possibilitiesA particle-based wall film model is available in CONVERGEDrop rebounding is included for low Weber number dropsFilm splashing is includedFilm separation is includedblue=stripped parcels100 m/sFilm evaporation is includedFilm boilingred=wall f

16、ilm parcelsCopyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.10燃燒模型CONVERGE提供了幾種不同層次的燃燒模型Speed基于化學平衡的簡化模型CEQ適用于反應時間尺度時間尺度概括反應模型Characteristic Time Combustion (CTC) MS點火模型Soot和Nox排放模型SAGE詳細化學反應算法:讀入CHEMKIN格式的化學反應機制求解反應動力學的常微分方程 并行化計算最大限度的提高效率不需要對不同燃燒狀態(tài)進行經(jīng)驗?；疉MR 用來捕捉湍流火焰厚度對合理的反應機制和足夠的網(wǎng)格分變率(AMR),不需

17、要調(diào)整模型溫度云圖Accuracy用SAGE和 AMR結(jié)合計算分層燃燒直噴機中的火焰Copyright (C) 2012Co.,.s.11燃燒模型:Multi-Zone加速算法CSI與勞倫斯.利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)合作，把Multi-Zone加速算法引入CONVERGE，與SAGE結(jié)合稱為SAGE-MZ算法SAGE-MZ在不降低精度的同時,可大大降低了花在詳細化學動力學上的計算時間通過對SAGE-MZ大量驗證,我們發(fā)現(xiàn)對火花點燃的汽油機,計算可加速50倍以上,而對壓燃的柴油機計算可加速10-15倍SAGE分區(qū)化學模型裝

18、在CONVERGE v1.4.1以上的所有版本 max minT=TT=TTminmaxCopyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.12CPU chemistry time (hours)GDI案例：Temperature bin size = 10 KPhi bin size = 0.1采用SAGE-MZ加速46倍而計算精度不變3531.3302520151050.680Multi-zone No multi-zone燃燒模擬:SAGE-MZ考慮到SAGE-MZ模型的獨特優(yōu)勢， 如果客戶有一有效的化學反應機制并能承受長一點的運算

19、時間, CSI建議 對各類發(fā)動機用SAGE-MZ進行模擬CSI和我們的客戶通常用SAGE-MZ來模擬各種燃燒類型:常規(guī)柴油機燃燒均質(zhì)混合氣壓燃技術(shù) (HCCI)低溫燃燒 (LTC)多次噴射策略廢氣再循環(huán)進氣道噴油,火花塞點燃汽油機直噴汽油機 (均質(zhì)和分層燃燒)開室火花點火天然氣預燃室火花點火天然氣爆震模擬溫度等值面顯示了主火焰前鋒(紅色)和自著火位置(藍色)采用SAGE算法，無需任何其它子模型就可以直接模擬自著火現(xiàn)象前提是使用的化學反應機理能夠可靠描述低溫反應過程pyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.13化學反應機理的簡化要使用

20、CONVERGE的詳細化學動力學模型(SAGE), 客戶必須提供一化學反應機理計算結(jié)果的精度在很大程度上取決于所采用的化學反應機理理論上CONVERGE 對化學反應方程數(shù)和化學組份數(shù)沒有限制實際上受計算時間和內(nèi)存的限制CSI已開發(fā)了反應機理簡化的工具以便盡可能地保持計算精度的基礎(chǔ)上簡化反應機理給這一工具取名為Parallel DirectedRelation Graph with Error Propagation andSensitivityysis (PDRGEPSA)這一工具可以去掉不重要的組份和化學反應Technical p zone approachr on N-Dimenal Bu

21、lti-Copyright (C) 2012Co.,.s.14優(yōu)化設計CONVERGE有很強的優(yōu)化功能不涉及幾何變化的優(yōu)化常見優(yōu)化參數(shù)包括:噴油定時,噴油壓力,噴油速度,EGR率,噴嘴的大小,個數(shù),位置, 點火正時和氣門升程曲線可用CONVERGE內(nèi)置的遺傳優(yōu)化算法進行參數(shù)化幾何優(yōu)化可直接用CONVERGE實現(xiàn)，無需耦合其它任意幾何優(yōu)化幾何無法實現(xiàn)參數(shù)化描述需要耦合Sculptor進行BaselineOptimumExle GA ResultsCopyright (C) 2012Co.,.s.15BestofinitialpopulationBest-so-fardesign共軛傳熱CONVE

22、RGE通過壁面函數(shù)計算通過壁面的熱通量CONVERGE 2.0或1.4.1只能模擬流體 (氣體或液體)客戶要在固壁設定合適的熱邊界條件許多客戶把CONVERGE和別的傳熱程序藕合求解Spatially varying temperature boundary conditionsIterate until convergedHeat fluxes別的傳熱程序求解在固體內(nèi)的傳熱并算出邊界溫度從CONVERGE 2.1開始客戶就可以直接進行共軛傳熱的計算 (流體和固體部分)因而不在需要以上的藕合求解和流體一樣,共軛傳熱的網(wǎng)格生成也是在CONVERGE 運行時自動完成的已經(jīng)測試完共軛傳熱模型. 客戶

23、可CONVERGE 2.1 來試用Copyright (C) 2012Co.,.s.16CONVERGE 可直接計算共軛傳熱 (流體和固體) 而不需和別的工具藕合CONVERGE (流體) 必須和別的工具(固體)藕合計算共軛傳熱與GT-ER耦合計算通過和Gamma Technologies的合作, 現(xiàn)在我們的客戶可以同時進行GT- CONVERGE的計算ER 和用這種雙向耦合的方式到更準確的計算結(jié)果. 并且可同時計算多缸和多重循環(huán)的工況CONVERGE 1.4.1 以上的版本都具備這種和GT-ER之間的雙向耦合的功能另外入GT-正在把簡化版本的CONVERGE嵌ER內(nèi)(CONVERGE-Lit

24、e)這樣用戶可直接在GT- CONVERGE計算.限制:沒有噴霧或燃燒模型網(wǎng)格數(shù)不得超過5000ER上進行三維CONVERGE更新流進流出邊界條件CFD 結(jié)果GT-ERCopyright (C) 2012Co.,.s.17CONVERGE 用戶界面Copyright (C) 2012Co.,.s.18成功案例: 柴油機卡特彼勒公司生產(chǎn)的CAT 3400柴油機， Six Mode FTP計算了不同負荷和轉(zhuǎn)速下的六種工況，對應于美國發(fā)動機聯(lián)邦測試流程Federal Test Procedure實驗由 David Montgomery at UW- Madison進行See SAE 2007-01-

25、0159 for more details including pollution predictionsConvergent Science Inc. ProprietaryCopyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.19ParameterMode 1Mode 2Mode 3Mode 4Mode 5Mode 6Speed (rev/min)7509531074165716681690% Load025751005025Intake Pressure (kPa)100108168239164132Exhaust Pressure

26、(kPa)100112144220164143SOI (deg. ATDC)-8-2-1Fuel Flow Rate (g/min)8.733.710516988.853.8成功案例:柴油機(續(xù))Mode 2Mode 3Mode 1Mode 5Mode 6Mode 4See SAE 2007-01-0159 for more details including pollution predictionsConvergent Science Inc. ProprietaryCopyright (C) 2012Co.,.s.20成功案例:柴油機(續(xù))CONVERGE在沒有經(jīng)過任何

27、模型調(diào)校的情況下可靠地勢。了NOx和soot的趨主要得益于網(wǎng)格自適應加密（AMR）方法最大可能的消除了計算結(jié)果對網(wǎng)格的依賴性。Copyright (C) 2012Co.,.s.21成功案例:DISI發(fā)動機CONVERGE用于模擬某直噴(DI)火花點火(SI)發(fā)動機， 研究各種活塞形狀的影響采用了詳細化學反應+AMR的方法計算燃燒（38種組分，69個基元反應）一次破碎采用LISA (Senecal et al. (1999)模型計算，該模型尤其適合于 hollow-cone sprayHindi et al, 21st International Congress ofMechanical En

28、gineering October 24 28, 2011, Natal, RN, BrazilSwirlEquivalence RatioFlame propagationl Rights Reserved.22成功案例:對置式二沖程柴油機美國Achates Power公司成立于2004年，專門致力于新一代輕量化高效清潔對置式二沖程柴油機開發(fā)。該公司注重采用最先進的分析工具和實驗設備來輔助其進行技術(shù)革 新，Converge成為他們不二的選擇。2011年成功開發(fā)出的發(fā)動機完成超過2500小時測試，與當今最好的柴油機相比， 該發(fā)動機提高了20%以上的效能；與標準汽油發(fā)動機相 比， 提高了大約55

29、%的效能。該發(fā)動機已證明是潔凈環(huán)保的， 發(fā)動機排放物符合現(xiàn)行及將來的排放標準。該技術(shù)全方位降低了發(fā)動機的生產(chǎn)成本， 重量及復雜度。Copyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.23成功案例:對置式二沖程柴油機(續(xù))CONVERGE agrees well withexperimental results掃氣過程云圖“CONVERGE的引入了燃燒CFD分析的傳統(tǒng)觀念，現(xiàn)在一個設計的分析過程比制作過程要快，分析過程的顯著加速得益于CONVERGE取消了網(wǎng)格建模的時間，以及它的自動網(wǎng)格加密和并行計算功能。計算結(jié)果令人驚訝，不僅噴霧結(jié)果與實測的圖像和粒徑分布吻合良好，第一次進行的燃燒分析嘗試也與實驗結(jié)果驚人一致。就如同開發(fā)的引擎一樣，CONVERGE正在重新定義它所在的行業(yè)”Fabien Redon, Achateser性能&排放開發(fā)部副主管Copyright (C) 2012Co.,.s.24成功案例: Scuderi EngineScuderi發(fā)(分循環(huán)發(fā))的性特點是引入了