converge视频教程专用介绍材料

1、CONVERGECFD软件快速准确的内燃机模拟Convergent Science, Inc.双燃料(异辛烷+柴油)气缸内自动点火位置(红色)和油滴的分布. (经克莱斯勒公司授权)所属：IDAJ-China所有公司名，产品名，服务名是 各个公司的商标或登记商标以及服务商标。本资料包括保密信息。没有得到敝公司的同意，请不要使用，发布，复制本资料或本电子档。在火花塞电极附近加密的网格分辨率Convergent Science Inc. (CSI): 简介CSI成立于1997年. 总部在威斯康辛州麦迪逊市的近郊CSI是CFD领域的专家. 从网格生成,数值模拟方法,到紊流, 喷雾, 燃烧模拟和优化设计

2、都有完善的解决方案。CSI开发了用于发动机缸内流动, 喷雾和燃烧的 CONVERGE CFD软件CONVERGE可用来模拟任何类型的发动机机型 天然气, 柴油, 汽油, HCCI,双燃料等CSI发展很快并且公司很稳定CSI现在有22位职员 (不包括销售商)KIVA 咨询 (100%)KIVA 咨询和CONVERGE 研发CONVERGE咨询 和研发CONVERGE销售,研发和咨询CONVERGE的销售 是受限制的2005年现在2008年1997年2002年模拟的进气速度分布CSI headquarters in Middleton, Wisconsin USACopyright (C) 201

3、2 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.1Convergent Science: 经销商欧洲: 合作伙伴Ignite3d 2010年开始负责CONVERGE 在欧洲的销售和售后服务亚洲: 从2013年开始, IDAJ 将成为CSI在中国和日本的经销商IDAJ中国 2013三月CSI总部:威斯康辛州的麦迪逊IDAJ日本2013三月CSI销售总部:德州的圣安东尼Copyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.2CONVERGETMCFD概要CONVERGE是专为发模拟而开发的计算流体动力学包CONVERG

4、E在运行时自动生成高质量的正交网格.可大量节省用户的网格生成时间CONVERGE根据流场变量的梯度自动加密网格 (AMR), 可大大降低计算结果和计算时间对网格的依赖性CONVERGE有一套对应于喷雾和燃烧的物理模型，可准确模拟和优化任意类型发,天然气,乙醇等)(柴油,HCCI,双用CONVERGE模拟的四缸火花点燃发第一气缸进气时的速度大小分布.在CONVERGE在并行计算上效率很高(经克莱斯勒公司)Copyright (C) 2012Co.,.s.3网格技术:自动网格生成CONVERGE基于发几何表面，采用独特的网格切割专利技术在计算过程中自动生成适体网格。采用用户指定base mesh

5、size切割；Polyhedra cellelements generated atsurfaceersection为静态的理想正交六面体网格与几何表面相交的网格被表面切割，形成多面体网格得到适体(body fitted)网格，并在任意时刻都能精确捕捉原始几何表面网格切割算法运行速度快，并支持并行每个时间步长网格自动重建，重建时间占用的时间很短只有边界网格感受到运动边界影响，响网格不受影Represenive Cell Mesh Generated Automatically atRuntime by CONVERGEerior cells are orthogonal andsionaryC

6、opyright (C) 2012Co.,.s.4网格技术:自适应网格加密 (AMR)AMR(Adaptive Mesh Refinement )可根据任意指定流场变量的梯度(如温度,速度等)自动加密网格；AMR可以在用户指定的时段开启或关闭；AMR的引入，可以保证将密网格仅布置在需要的时间和空间位置，在有限的计算资源条件下，最大限度提高网格效率及计算精度Copyright (C) 2012Co.,.s.5AMR used large gradieto capture flow areas of nts加密(Embedding )网格技术:基于用户指定的固定空间进行网格加密:边界加密在重点关注

7、边界(通常为wall，如气阀封闭面等)附近进行加密球形加密在重点关注区域指定球形（如火花塞附近）进行加密圆柱加密在重点关注区域指定圆柱（如进气道，气缸体）进行加密喷嘴加密在喷嘴附近进行加密（喷雾计算）喷孔加密在喷孔附近进行加密（喷雾计算）长方体加密在重点关注区域指定长方体进行加密ake Valve Seat Flagged for Boundary Embedding用户可以指定任意多个在指定时刻启用或关闭对于运动边界，如气阀，随着边界的运动而自动加密，并可Boundary embedding used (extra mesh added to valve seat immediay befo

8、re valve motion begins to resolve small flow area)加密区会。Boundary Embedding Entire Valve Surface在火花塞电极附近加密的网格分辨率Copyright (C) 2012Co.,.s.6网格技术: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网格技术: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网格技术: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喷雾模型喷雾模型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雾滴碰撞和聚合模型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燃烧模型CONVERGE提供了几种不同层次的燃烧模型Speed基于化学平衡的简化模型CEQ适用于反应时间尺度时间尺度概括反应模型Characteristic Time Combustion (CTC) MS点火模型Soot和Nox排放模型SAGE详细化学反应算法:读入CHEMKIN格式的化学反应机制求解反应动力学的常微分方程 并行化计算最大限度的提高效率不需要对不同燃烧状态进行经验模化AMR 用来捕捉湍流火焰厚度对合理的反应机制和足够的网格分变率(AMR),不需

17、要调整模型温度云图Accuracy用SAGE和 AMR结合计算分层燃烧直喷机中的火焰Copyright (C) 2012Co.,.s.11燃烧模型:Multi-Zone加速算法CSI与劳伦斯.利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)合作，把Multi-Zone加速算法引入CONVERGE，与SAGE结合称为SAGE-MZ算法SAGE-MZ在不降低精度的同时,可大大降低了花在详细化学动力学上的计算时间通过对SAGE-MZ大量验证,我们发现对火花点燃的汽油机,计算可加速50倍以上,而对压燃的柴油机计算可加速10-15倍SAGE分区化学模型装

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倍而计算精度不变3531.3302520151050.680Multi-zone No multi-zone燃烧模拟:SAGE-MZ考虑到SAGE-MZ模型的独特优势， 如果客户有一有效的化学反应机制并能承受长一点的运算

19、时间, CSI建议 对各类发动机用SAGE-MZ进行模拟CSI和我们的客户通常用SAGE-MZ来模拟各种燃烧类型:常规柴油机燃烧均质混合气压燃技术 (HCCI)低温燃烧 (LTC)多次喷射策略废气再循环进气道喷油,火花塞点燃汽油机直喷汽油机 (均质和分层燃烧)开室火花点火天然气预燃室火花点火天然气爆震模拟温度等值面显示了主火焰前锋(红色)和自着火位置(蓝色)采用SAGE算法，无需任何其它子模型就可以直接模拟自着火现象前提是使用的化学反应机理能够可靠描述低温反应过程pyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.13化学反应机理的简化要使用

20、CONVERGE的详细化学动力学模型(SAGE), 客户必须提供一化学反应机理计算结果的精度在很大程度上取决于所采用的化学反应机理理论上CONVERGE 对化学反应方程数和化学组份数没有限制实际上受计算时间和内存的限制CSI已开发了反应机理简化的工具以便尽可能地保持计算精度的基础上简化反应机理给这一工具取名为Parallel DirectedRelation Graph with Error Propagation andSensitivityysis (PDRGEPSA)这一工具可以去掉不重要的组份和化学反应Technical p zone approachr on N-Dimenal Bu

21、lti-Copyright (C) 2012Co.,.s.14优化设计CONVERGE有很强的优化功能不涉及几何变化的优化常见优化参数包括:喷油定时,喷油压力,喷油速度,EGR率,喷嘴的大小,个数,位置, 点火正时和气门升程曲线可用CONVERGE内置的遗传优化算法进行参数化几何优化可直接用CONVERGE实现，无需耦合其它任意几何优化几何无法实现参数化描述需要耦合Sculptor进行BaselineOptimumExle GA ResultsCopyright (C) 2012Co.,.s.15BestofinitialpopulationBest-so-fardesign共轭传热CONVE

22、RGE通过壁面函数计算通过壁面的热通量CONVERGE 2.0或1.4.1只能模拟流体 (气体或液体)客户要在固壁设定合适的热边界条件许多客户把CONVERGE和别的传热程序藕合求解Spatially varying temperature boundary conditionsIterate until convergedHeat fluxes别的传热程序求解在固体内的传热并算出边界温度从CONVERGE 2.1开始客户就可以直接进行共轭传热的计算 (流体和固体部分)因而不在需要以上的藕合求解和流体一样,共轭传热的网格生成也是在CONVERGE 运行时自动完成的已经测试完共轭传热模型. 客户

23、可CONVERGE 2.1 来试用Copyright (C) 2012Co.,.s.16CONVERGE 可直接计算共轭传热 (流体和固体) 而不需和别的工具藕合CONVERGE (流体) 必须和别的工具(固体)藕合计算共轭传热与GT-ER耦合计算通过和Gamma Technologies的合作, 现在我们的客户可以同时进行GT- CONVERGE的计算ER 和用这种双向耦合的方式到更准确的计算结果. 并且可同时计算多缸和多重循环的工况CONVERGE 1.4.1 以上的版本都具备这种和GT-ER之间的双向耦合的功能另外入GT-正在把简化版本的CONVERGE嵌ER内(CONVERGE-Lit

24、e)这样用户可直接在GT- CONVERGE计算.限制:没有喷雾或燃烧模型网格数不得超过5000ER上进行三维CONVERGE更新流进流出边界条件CFD 结果GT-ERCopyright (C) 2012Co.,.s.17CONVERGE 用户界面Copyright (C) 2012Co.,.s.18成功案例: 柴油机卡特彼勒公司生产的CAT 3400柴油机， Six Mode FTP计算了不同负荷和转速下的六种工况，对应于美国发动机联邦测试流程Federal Test Procedure实验由 David Montgomery at UW- Madison进行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:柴油机(续)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:柴油机(续)CONVERGE在没有经过任何

27、模型调校的情况下可靠地势。了NOx和soot的趋主要得益于网格自适应加密（AMR）方法最大可能的消除了计算结果对网格的依赖性。Copyright (C) 2012Co.,.s.21成功案例:DISI发动机CONVERGE用于模拟某直喷(DI)火花点火(SI)发动机， 研究各种活塞形状的影响采用了详细化学反应+AMR的方法计算燃烧（38种组分，69个基元反应）一次破碎采用LISA (Senecal et al. (1999)模型计算，该模型尤其适合于 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:对置式二冲程柴油机美国Achates Power公司成立于2004年，专门致力于新一代轻量化高效清洁对置式二冲程柴油机开发。该公司注重采用最先进的分析工具和实验设备来辅助其进行技术革 新，Converge成为他们不二的选择。2011年成功开发出的发动机完成超过2500小时测试，与当今最好的柴油机相比， 该发动机提高了20%以上的效能；与标准汽油发动机相 比， 提高了大约55

29、%的效能。该发动机已证明是洁净环保的， 发动机排放物符合现行及将来的排放标准。该技术全方位降低了发动机的生产成本， 重量及复杂度。Copyright (C) 2012 IDAJ Co., LTD. All Rights Reserved.23成功案例:对置式二冲程柴油机(续)CONVERGE agrees well withexperimental results扫气过程云图“CONVERGE的引入了燃烧CFD分析的传统观念，现在一个设计的分析过程比制作过程要快，分析过程的显著加速得益于CONVERGE取消了网格建模的时间，以及它的自动网格加密和并行计算功能。计算结果令人惊讶，不仅喷雾结果与实测的图像和粒径分布吻合良好，第一次进行的燃烧分析尝试也与实验结果惊人一致。就如同开发的引擎一样，CONVERGE正在重新定义它所在的行业”Fabien Redon, Achateser性能&排放开发部副主管Copyright (C) 2012Co.,.s.24成功案例: Scuderi EngineScuderi发(分循环发)的性特点是引入了