UTILISATION DE GT-Suite EN THERMIQUE MOTEUR Exemple d’utilisation ODILLARD Laurent & LEVASSEUR Aurélien

Version 00 – 25/03/2013

I 25/03/2013

UTILISATION EN THERMIQUE MOTEUR Rencontre Utilisateurs GT-POWER 2013

1. Utilisation de GT-Suite en thermique moteur

2. Exemple le calcul d’une face avant véhicule

Description de la méthodologie 0D

Résolution avec Cool3D

3. Modélisation d’une ligne d’air de suralimentation

Utilisation de GEM3D

Exemple de connexion avec des sous modèle.

4. Utilisation en calcul instationnaire.

Objectif et rôle du calcul instationnaire

Couplage Faible 1D/3D

Couplage Fort 1D/3D

Comparaisons des méthodologies

5. Conclusions

2

I 25/03/2013

UTILISATION DE GTSUITE EN THERMIQUE MOTEUR Domaine d’application

3

CAC

EGR

Front End

Doseur

Vanne EGR

FACE AVANT VEHICULE

Version 00 – 25/03/2013

I 25/03/2013

EXEMPLE DE CALCUL DE FACE AVANT Description de la méthodologie 0D

5

Co

nd

en

seu

r C

AC

Rad

iate

ur

BT

(O

pti

on

)

Ra

dia

teu

r H

T

Pe

rte

de

ch

arg

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teu

r

Pe

rte

de

ch

arg

e d

e la

ca

lan

dre

en

fa

ce

ava

nt

Cp in Cp Out

Cp in dPcalandre Echangeurs GMV dP moteur Cp out

Equatio

n

P = a.Qv² + b Qv

Courbes caractéristique,

Datasheet, résultats d’essai…

P = c.Qv² + d Qv

Vale

urs

Valeur assez

usuelle de

0.8 à 0.9)

Coefficients a & b

très variables

suivant la géométrie

Produit Valeo dont les

caractéristiques sont supposées

être parfaitement connue et

maîtrisées

Coefficients c & d

variables suivant la

géométrie

Valeur assez

usuelle de -0.1

à -0.2)

Rq

Valeurs

relativement

fiable

Nécessite un

recalage avec un

essai soufflerie

Nécessite un recalage

avec un essai soufflerie

Valeurs

relativement

fiable

2

2VCpP

2

2VCpP

I 25/03/2013

EXEMPLE DE CALCUL DE FACE AVANT Résolution avec cool 3D (1/2)

Maquette numérique Extraction des géométries principales dans cool3D

Génération du modèle GTise

6

I 25/03/2013

EXEMPLE DE CALCUL DE FACE AVANT Résolution avec cool 3D (2/2)

Modèle 2D de la face avant

Application des conditions aux limites

Résolution

7

LIGNE D’AIR DE SURALIMENTATION

Version 00 – 25/03/2013

I 25/03/2013

MODELISATION D’UNE LIGNE D’AIR DE SURALIMENTATION. Utilisation de GEM3D

9

Maquette numérique Extraction des géométries

principale dans Gem3D Génération du modèle

GTise

Paramétrage de chaque

composants (application des

matériaux, Twallsolver, etc…

I 25/03/2013

MODELISATION D’UNE LIGNE D’AIR DE SURALIMENTATION. Connexion des sous modèle

Boucle BT

Modèle

moteur

Ligne d’air indirect

Modèle

moteur

Ligne d’air direct

Case 1 : Direct charge air cooling Case 2 : Indirect charge air cooling

10

Modèle de face avant Modèle de face avant

UTILISATION POUR LE CALCUL CFD INSTATIONNAIRE

Version 00 – 25/03/2013

I 25/03/2013

CALCUL CFD INSTATIONNAIRE Objectif et rôle du calcul instationnaire

12

Equilibrer les débits et températures d’air de suralimentation vers chaque cylindre

Equilibrer les taux de gaz d’échappement en recirculation (EGR HP Aval WCAC).

Prise en compte des vitesses d’air locales

dans l’échangeur pour connaître le champ

de température en sortie.

Amélioration du mélange du gaz

d’échappement (EGR Haute pression)

position / taille / débit des trous d’injection

Objectifs :

Rôle du calcul CFD

WCAC

Inlet

Outlets

Le calcul nécessite d’être liée au 1D pour

utiliser des conditions amont et aval correctes

I 25/03/2013

COUPLAGE FAIBLE Couplage faible 1D/3D

13

Extraction des données du modèle Gtise en amont et en aval de la ligne d’air

Génération du modèle Star-CCM+

Condition limit

instationnaire

Mise en place de condition

limites instationnaire à partir des

données du calcul 1D

Extraction des valeurs

de débit et température au

cours d’un cycle

Modèle moteur

Ligne d’air de

suralimentation

-0.01

-0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

WCAC

Domaine de calcul

Rail EGR

I 25/03/2013

COUPLAGE FORT Couplage fort 1D/3D

14

Adaptation du

modèle GTise

Adaptation du

modèle CFD

Calcul couplé

GTise <> Star-CCM+

Pré-cycles GTise Cycles

couplés

Mise en correspondance

des espèces de la CFD et du

calcul 1D

Mise en correspondance

des conditions limites avec

les composants 1D

Ajout des connecteurs CFD

et d’un composant CFD

Connexion en amont et aval

de la ligne d’air de

suralimentation

Modèle moteur

Composant CFD

Connecteur CFD

I 25/03/2013

COMPARAISON DES METHODOLOGIES Couplage faible / fort

15

Permet de calculer les taux de gaz de

recirculation en sortie de ligne d’air à

moindre coût.

Donne des résultats souvent très

proches du calcul fortement couplé

Stratégie d’application en projet:

Prends en comptes toutes les interactions

( ligne d’air <> moteur )

Nécessite de 2 à 4 fois plus de temps de

calcul (interaction entre les logiciels /

convergence)

Temps de calcul très variable suivant la

complexité du modèle GTise (avec ou sans

turbomachine, contrôle moteur, etc…)

Couplage fort: Couplage faible:

Pré-dimensionner certains composants en utilisant des calcul stationnaires.

Utiliser le couplage faible pour obtenir une solution satisfaisant les critères

d’équilibrage poste à poste.

Vérifier avec le couplage fort que l’intégration ne change pas les résultats.

I 25/03/2013

CONCLUSION Valeo

16

Permet de réduire le nombre d’hypothèses pour le calcul de la thermique face avant.

Permet, après recalcule, le reconstruire un modèle simplifié 0D plus rapide et plus

souple d’utilisation.

Améliore la compréhension de l’écoulement de l’air dans le module de face avant.

Prise en compte des caractéristiques acoustiques de la ligne d’air (impact des

longueurs de tuyaux) et des échanges thermiques « parasites » en amont et en aval de

l’échangeur.

Quantification de l’impact des pertes de charge et de la performance thermique des

échangeurs sur le fonctionnement moteur (PMIBP, Impact NOx, PME, etc…).

Aide à la conception des composants par la prise en compte des écoulements réels

(couplage CFD / 1D dans le cas des collecteurs d’admission).

Visualisation des phénomènes locaux (Distribution EGR, arrosage faisceau, etc…).

Utilisation de Cool3D pour la modélisation de la Face avant véhicule :

Utilisation de GTise pour la modélisation Ligne d’air de suralimentation / Couplage CFD :

MERCI