Уфимский государственный авиационный технический университет

Долгосрочная цель данного направления исследований – создание и поддержка программных средств для численного моделирования рабочих процессов тепловых двигателей и их систем.

Текущая ситуация

• Основой для прогнозирования показателей рабочих процессов тепловых двигателей должны быть детальные пространственные модели течений рабочих тел;
• рациональная схематизация явлений позволяет получить модели элементов тепловых двигателей более низкого уровня детализации;
• на рынке имеется программное обеспечение для инженерного анализа (CAE) процессов в тепловых двигателях;
• в силу ряда причин для проведения прикладных НИР не удается полностью полагаться на возможности рыночного программного обеспечения;
• результатом проводимых на кафедре ДВС НИР стали разработанные модели – как детальные, так и пониженной размерности;
• логическое завершение этих работ – создание на основе таких моделей собственного программного обеспечения для инженерного анализа процессов в тепловых двигателях.

Развитие до сегодняшнего дня

• Система имитационного моделирования  «Альбея» – пример действующего программного пакета, вобравшего в себя результаты разработок кафедры в области «рациональных» термогазодинамических и трибологических моделей;
• в последнее десятилетие исследовались модели и методики расчета течений рабочих тел в детальной  пространственной постановке;
• создан прототип перспективной универсальной системы имитационного моделирования, поддерживающей модели разных предметных областей и уровней, в том числе для исполнения на высокопроизводительных многопроцессорных ЭВМ;
• разрабатывается универсальная расчетная программа (солвер) для численного расчета течений в тепловых двигателях с выделением крупновихревых турбулентных структур и реалистичным представлением геометрии (для многопроцессорных ЭВМ).

Кафедральный вычислительный кластер из пяти четырехъядерных ЭВМ

Особенности моделей «квазиодномерного» уровня

• Описывают нестационарные течения в газовоздушных трактах в квазиодномерной постановке;
• реализованы на кафедре ДВС в готовом к применению программном обеспечении;
• требуют эмпирических данных об элементах систем;
• требуют экспериментальной проверки на примерах решения типичных задач о течениях в газовоздушном тракте;
• экономичны и удобны для предварительного анализа вариантов и оптимизации.

Нестационарное течение в ГВТ 2-тактного ДВС

Особенности детальных моделей

• Описывают течения рабочих тел как реагирующих смесей в детальной пространственной постановке;
• потенциально обладают высокой достоверностью результатов моделирования;
• для получения достоверных результатов требуют больших вычислительных ресурсов;
• реализованы в виде исследовательских программ для многопроцессорных ЭВМ.

Расчет неизотермической струи (64-процессорный кластер УГАТУ)‏

Система имитационного моделирования «Альбея»

Система предназначена для моделирования процессов, протекающих в ДВС, и обеспечивает расчетное определение основных характеристик двигателя на стадии проектирования. Система моделирует все основные процессы, происходящие в ДВС: процессы газообмена, процессы при закрытых органах газораспределения, силы и их распределение по элементам двигателя, трение и износ, процессы теплообмена, гидрогазодинамические процессы в смежных системах. С использованием системы имитационного моделирования «Альбея» проектировались и доводились многие отечественные двигатели, в том числе оборонного назначения.

Модель двигателя в системе имитационного моделирования «Альбея»

Задачи и планы

• Поддержка текущей версии системы имитационного моделирования «Альбея»;
• разработка перспективной системы имитационного моделирования, обеспечивающей переносимость, гибкость применения, использование многоядерных и массивно параллельных ЭВМ;
• совершенствование существующих и разработка новых версий модулей-элементов и модулей-связей из предметных областей «термогидро-газодинамика», «триботехника», «управление»;
• разработка расчетной программы (солвера) для расчетов турбулентных реагирующих течений в областях со сложной и переменной по времени геометрией;
• тестирование и документирование модулей и расчетных методик;
• проведение расчетных работ для решения прикладных задач;
• продвижение коммерческой версии системы имитационного моделирования.