Компьютеры могут ускорить процесс, моделируя влияние топлива и конструкции двигателя на производительность и выбросы. Тем не менее, большинство компьютеров могут обрабатывать только несколько сценариев одновременно — слишком мало, чтобы создать полную картину характеристик топлива во время сгорания.Теперь исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE) переместили процесс разработки в обходной путь.
Впервые аргоннские ученые и инженеры определили конструкции двигателей для данного топлива с помощью суперкомпьютера Mira, расположенного в центре Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики США.С помощью суперкомпьютерного мастерства Миры команда Аргоннского исследовательского института виртуальных двигателей и инициативы по топливу (VERIFI) смоделировала более 2000 комбинаций конструкции двигателей и «сократила время проектирования с месяцев до недель», — сказал Сибенду Сом, руководитель группы и главный ученый в области вычислений в Аргонне.
Моделирование в Аргонне проводилось с использованием сценариев проектирования Исследовательского центра Aramco в Детройте, одного из трех исследовательских центров в США, находящихся под управлением североамериканского филиала Saudi Aramco, Aramco Services Company (ASC). Одно из направлений их исследований направлено на то, чтобы согласовать режимы сгорания двигателя с улучшенными свойствами топлива для создания более эффективных транспортных средств с меньшими выбросами.
«Моделирование, проведенное Argonne, позволило выявить две оптимизированные концепции топливного двигателя, которые могут существенно улучшить топливную экономичность», — сказал Юаньцзян Пей, научный сотрудник лаборатории вычислительной гидродинамики в Исследовательском центре Aramco в Детройте.Программа Aramco в Детройте включает в себя ряд общесистемных автомобильных исследований, которые включают усовершенствование технологий искрового зажигания, воспламенения от сжатия и бензинового воспламенения от сжатия (GCI). Aramco изучает текущие рыночные виды топлива, а также изучает возможности разработки новых топливных составов.
«Мы анализируем, насколько хорошо сгорают новые составы топлива по сравнению с обычными видами топлива, и можно ли их оптимизировать, чтобы они работали лучше», — сказал Сом.Моделируя поведение высоколетучего топлива с низким содержанием сажи во многих конструкциях двигателей, «Мы надеемся сохранить характеристики дизельного топлива с меньшими выбросами твердых частиц и оксидов азота», — сказал Роберто Торелли, научный сотрудник Аргоннской исследовательской группы из команды Сома.Сом и его коллеги смоделировали характеристики топливного двигателя в четырех рабочих условиях и для шести поршневых концепций, а также для различных конструкций топливных форсунок и стратегий впрыска топлива.
Они сузили наиболее эффективные сценарии до двух конкретных наборов конструкций поршней и форсунок, которые Aramco оценивает на своем предприятии в Детройте.Исследование, описанное в статье «Оптимизация системы сжигания для тяжелых условий эксплуатации с контролируемым смешиванием с использованием гидродинамического моделирования с использованием бензиноподобного топлива», является одной из трех публикаций, основанных на работе Аргонна с соавторами из исследовательского центра Aramco в Детройте, опубликованной Обществом автомобильных инженеров. (SAE).Два других связанных исследования Аргонна с Aramco дополнительно исследуют, как новые составы топлива ведут себя в различных условиях эксплуатации. В статье Сома «Сравнение характеристик потока нафты и N-додеканового топлива в сопле», написанной в соавторстве с Торелли, указывается, например, что некоторые исследуемые виды топлива могут образовываться или испаряться внутри топливного инжектора перед попаданием в камеру сгорания.
Третье исследование моделирования, проведенное Сомом и докторантом Аргонны Пинаки Палом, определяет условия, при которых новые топливные составы могут процветать при низкотемпературном сгорании, что приводит к снижению выбросов и повышению эффективности. Это третье исследование «впервые мы смоделировали поведение бензина с более высоким цетановым числом в желаемых условиях низкотемпературного сгорания с учетом оптимальной конструкции двигателя», — сказал Пал.
Эти результаты, жизненно важные для углубленной работы по проектированию топлива и двигателя, подробно описаны в статье «Численное исследование бензиноподобного топлива в двигателе с компрессионным воспламенением для тяжелых условий эксплуатации с использованием анализа глобальной чувствительности», который будет опубликован в следующем печатном издании журнала. Международный журнал горюче-смазочных материалов SAE.