Hogyan Egyszerűsítsünk Sorhatos Gázmotort

Kedvenc trükköm volt még az egyetemen az, ha az áramlástan (de ugyanezt el lehetett játszani matek vagy mechanika esetén is) előadáson a professzor bemutatott egy valóban bonyolult egyenletet, majd felvett néhány feltételt (pl. ez, vagy az a tényező kicsi a többihez képest, ezért elhagyható, stb.), egy laza mozdulattal a bonyolult egyenlet 80%-át kihúzta és a problémát ettől kezdve simán meg lehetett oldani. Mit tesz az áramlástani szakember akkor, ha a geometria, amelyből a CFD szimuláció készülne, tartalmaz egy egész, komplett gázmotort annak minden alkatrészével? Ugyanezt. Lássuk hogyan.

Történt ugyanis, hogy pár hónapja a GanzAir Kompresszortechnika Kft. egyik berendezésén dolgoztam, ahol a kompresszort egy sorhatos gázmotor hajtotta, maga a gép egyébként földgázvezetékek lefejtésére szolgál.

A CAD modell túl részletes a CFD szimuláció igényeihez

A szimulációhoz a gépész tervező által készített, egyébként gépészeti szempontból kitűnő állapotban lévő, részletes parasolid (alaksajátosság családfa nélküli) modellt kaptam meg, ebből kiindulva kellett a kompresszor körüli térre vonatkozó szimulációt végeznem. Amikor a bevezetőben azt írtam, hogy minden alkatrészt tartalmazott a gázmotor modell, akkor például ilyen részletekre kell gondolni:

Látják az ékszíjat, a generátort, az elektromos- és az üzemanyag vezetékeket? És a megszámlálhatatlan mennyiségű hatlapfejű csavart? Jelzem, az összes alátét is ott van.

Az ennyire részletes modell behálózása nemcsak azért szinte lehetetlen, mert a kis alkatrészek nagyon finom háló felbontást igényelnek és a végén a háló még az SC/Tetra képességeit figyelembe véve is hatalmas lesz, hanem azért, mert a motor összeállítás tartalmazott néhány felület modellt, amelyek valamilyen kis rés, szakadás miatt nem voltak automatikusan zárt térfogattá alakíthatók. Márpedig a CFD szimulációhoz nekem a motor, mint zárt térfogat kellett.

Választhattam volna azt a módszert is, hogy a CAD rendszerünkben újra modellezem a motor főbb alkatrészeit és ezeket építem be a szimulációba így biztosítva, hogy minden alkatrész elegendően egyszerű és persze zárt térfogat lesz, de egyrészt ez a módszer túl sok időt igényelt volna ilyen összetett modell esetén, másrészt pedig különben sem elegáns megoldás. Tudok ettől sokkal jobb módszert is.

Maga a szimulációs feladat sem indokolta az ilyen részletes modellt. Nekem a motor azért kellett, hogy a körülötte áramló levegőt vizsgáljam. Tehát szükség van a motor és a hozzá kapcsolódó alkatrészek alakjára, ami ne legyen túl részletes, de ne is legyen elnagyolt, ráadásul legyen zárt térfogat. Hogyan egyszerűsíthetem tehát egy laza mozdulattal, mint anno a prof?

Ráhúzok egy lepedőt

Ezt a funkciót az SC/Tetrában Wrappingnek, azaz becsomagolásnak hívjuk. A szoftver első lépésként a részletes geometria köré, adott alkatrészre vonatkozóan a felhasználó által megadott méretű kockákból álló hálót épít fel. Az egyes alkatrészek egyszerűsítésének mértékét az őt körülvevő kockák mérete szabja meg: minél kisebb az adott alkatrész körüli háló mérete, az alkatrészre annál jobban ráfeszül a lepel. A teljes motor-kompresszor egységre a felbontás mérete 15 mm és csak néhány alkatrész esetén alkalmaztam 10 mm finomságot.

Az eredmény egy háromszög lapkákból felépített modell (hasonló az .stl file-okhoz), amely a motor-kompresszor egység minden fontosabb részletét tartalmazza, egy zárt térfogatot alkot és amely szilárd testként beilleszthető a szimulációhoz használt áramlási térbe. Nem kellett foglalkoznom azzal, hogy a felületmodelleket összefűzzem testmodellé, mindössze a megfelelő felbontást adtam meg, az SC/Tetra kiszámolta a többit. Kinek kellhet ennél több?