Optimering af brændstoffiltre gennem 3D-simulering

Optimering af brændstoffiltre gennem 3D-simulering

Brændstoffiltre udviklet til biler skal leve op til strengere og strengere krav, men de skal også være klar til markedet på stadig kortere tid. Designere, der er fanget mellem disse to krav, har nu støtte i form af et simuleringsværktøj: det beregner alle relevante karakteristika ved filterdesign – rengøringsydelse, levetid osv. – og muliggør dermed en effektiv og omkostningseffektiv udvikling.

Biler indeholder adskillige filtre: Kabineluftfiltre sikrer, at forurenende stoffer og pollen forbliver ude af kabinen, brændstoffiltre forhindrer faste partikler i at beskadige brændstofkredsløbet, og olie- og transmissionsvæskefiltre fjerner snavs fra olien. De, der udvikler disse filtre, bliver konfronteret med mange krav: deres produkter skal modstå intense temperatursvingninger og vibrationer, skal passe ind i et foruddefineret installationsrum og skal overholde stadigt strengere kvalitetsstandarder – alt imens udviklingstiderne bliver kortere og kortere.

Filterproducenter køber sædvanligvis filtermaterialet og optimerer deres produkt ved at variere arrangementet af folder, husets design og placeringen af ​​indsugnings- og udløbsåbninger. Ud fra de forskellige designs udvikler de prototyper, der derefter testes for de ønskede egenskaber – en dyr og arbejdskrævende opgave. Computersimuleringer er allerede i brug, men disse tjener ofte udelukkende til at beregne flowet gennem filteret. Rengøringsydelse eller endda holdbarhed – dvs. længden af ​​tid før filteret skal udskiftes – kan således kun estimeres groft på et empirisk grundlag.

Simulering af dynamiske brændstoffiltre renseydelse

Forskere ved Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM lægger nu et simuleringsværktøj direkte i hænderne på filterudviklere: 'Filter Element Simulation Toolbox – FiltEST.' Dr. Ralf Kirsch, en videnskabsmand ved Fraunhofer ITWM, siger: 'Vores værktøjskasse giver udviklere mulighed for selv at simulere filtreringsprocesserne. Dette lader dem komme med realistiske udsagn om rengøringsydelsen af ​​et bestemt design og forudsige, hvor meget snavs der vil samle sig over tid.'



Det, der adskiller dette simuleringsværktøj, er mulighed for at beregne variabler, der ikke kan simuleres med standardprocedurer, samt dets evne til at analysere, hvordan filterets egenskaber vil ændre sig over tid - f.eks. i betragtning af at filteret vil blive tilstoppet med de partikler, det opfanger . Hvor hurtigt vil filterets effektivitet falde? Hvor stor indflydelse har dette på faldet i trykket? Og hvilken effekt har dette på filtratet?

Hvis man ønskede at beregne denne pore for pore og partikel for partikel, ville den beregningsmæssige indsats være umulig at styre. For at komme uden om dette har forskerne tyet til et trick: De simulerer hverken hver eneste pore i filtermediet, og de beregner heller ikke de enkelte partikler, der passerer gennem eller forbliver på filteret. 'I stedet, vi ser filtermediet som et homogent kontinuum og arbejder med partikelkoncentrationer ,” opsummerer Kirsch.

Det skyldes, at det for filterproducenten er lidt relevant, hvilke af de mange partikler, der forbliver fanget i filteret. Det eneste, de bekymrer sig om, er, hvor mange filteret samlet set fanger. Det er netop, hvad disse modeller beregner: andelen af ​​partikler, der passerer gennem filtermediet, og andelen, der bliver tilbage. Derudover kan simuleringen afgøre, hvor mange partikler der over tid skylles ud igen fra filteret, som følge af skylleeffekter.

Kilde: Fraunhofer