ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ ÚSTAV TECHNICKÉ MATEMATIKY OBOR APLIKOVANÉ A NUMERICKÉ MATEMATIKY DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík Vedoucí práce: Prof. Ing. Pavel Šafařík, CSc. Akademický rok: 2006/2007

CÍL DIPLOMOVÉ PRÁCE 1.Vyřešení proudového pole uvnitř traktu topení automobilu firmy ŠkodaAuto. 2.Navržení tvarových změn vedoucích k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu. 3.Tvarová optimalizace traktu topení vedoucí k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu.

Vstup Výstup 1 Výstup 2 Výstup 3Výstup 4 Přívod vzduchu k ofukovačům ,

Výpočet proudového pole CFD metodami v software Fluent Soustava rovnic: Navierovy – Stokesovy rovnice Rovnice kontinuity Rovnice bilance hybnosti Doplněné rovnicemi transportními pro kinetickou energii turbulence a pro rychlost disipace podle druhu modelu turbulence.

1. Vyřešení proudového pole uvnitř traktu topení automobilu firmy ŠkodaAuto Řešení rozložení hmotnostních průtoků na výstupech z traktu topení s cílem otestovat a vybrat nejvhodnější variantu modelu turbulence a typu sítě pro řešení zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu. Vstup: Hmotnostní průtok odpovídající 2. stupni na ventilátoru (rychlost zadána homogenně V=5,3m.s -1 ). Ostatní parametry nastaveny tak, aby simulovaly reálné prostředí. Jako nejlepší varianta byl vyhodnocen model turbulence realizable k-ε (rke) Model kvalita sítě Hmotnostní průtok [kg/hod] Turbulencevstupvýstup 1výstup 2výstup 3výstup 4 Měření 288,1-63,5-93,5-71,9-59,2 rke level 2288, , , , , level 4288, , , , , level 6288, , , , , ske level 2288, , , , , level 4288, , , , , level 6288, , , , , rng level 2288, , , , , level 4288, , , , , level 6288, , , , ,

Proudové pole nejlepší varianty Kontury rychlostí, řez výstupem 2 Odtržení Pole vektorů rychlostí v traktu topeníProudnice v traktu topení Kontury rychlostí, řez výstupem 3

2. Navržení tvarových změn pomocí software Sculptor vedoucích k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu Hmotnostní průtok [kg/h] vstup výstup 1 výstup 2 výstup 3 výstup 4 varianta 1 288,072-60,899-97,049-71,490-58,633 varianta 2 288,072-64,766-81,512-82,160-59,632 varianta 3 288,072-66,562-80,532-75,075-65,901 Varianty 3Varianta 2 Varianta 1 průměr

Proudové pole variant po tvarových změnách Proudnice v traktu topení Kontury rychlostí, řez výstupem 2 Kontury rychlostí, řez výstupem 2 Proudnice v traktu topení Kontury rychlostí, řez výstupem 2 Proudnice v traktu topení Varianta 1Varianta 3Varianta 2

3. Tvarová optimalizace traktu topení vedoucí k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu Gradientová optimalizační metoda LSGRG2 Minimalizujeme cílovou funkci Užívá gradientu k nalezení směru nejstrmějšího sestupu Najde lokální minimum Cílová Funkce: rovnoměrnost Vstup [kg/h] Výstup1 [kg/h] Výstup2 [kg/h] Výstup3 [kg/h] Výstup4 [kg/h] Před optimalizací 288,072-64,009-93,932-72,078-58,051 Po optimalizaci 288,072-68,538-80,711-71,974-66,847

Isight Sculptor Fluent Průběh optimalizačního procesu CFD Processing Výpočet proudového pole Výstupem jsou parametry proudění (hmotnostní průtoky) Deformace sítě pomocí ASD objemů Optimalizační nástroj Gradientová metoda LSGRG2 Komunikace pomocí textových souborů ve formátu *.jou Proces probíhá dokud: Není nalezeno minimum Nenarazí na hraniční kritéria – - deformace sítě nesmí překročit povolenou mez (dále by byl výpočet zatížen příliš velkou chybou) ASD objem

Isight Sculptor Fluent Před optimalizací Po optimalizaci

Proudové pole po tvarové optimalizaci Kontury rychlostí, řez výstupem 2 Kontury rychlostí, řez výstupem 3 Kontury tlaků, řez výstupem 2 Kontury tlaků, řez výstupem 3 Pole vektorů rychlostí v traktu topení hluky, tlaková ztráta !!! zúžení

Závěr Byly otestovány modely turbulence, kvalita sítě a jejich vliv na výpočet proudění v traktu topení. Jako nejvhodnější model turbulence pro vnitřní aerodynamiku byl vybrán rke. Nejlépe splnil požadovaná kritéria. Bylo zjištěno, že není možné dosáhnout rovnoměrnosti hmotnostních průtoků manuálními tvarovými změnami. Byla navržena a vyřešena optimalizační úloha. Získané výsledky ukazují, že tento postup je v praxi dobře aplikovatelný. V praxi by se však neřešila jen tato část traktu, ale celé rozvody v automobilu najednou. V oboru aerodynamiky se optimalizace stává účinným nástrojem k řešení technických problémů.