Entwurf und Optimierung von Ventilen
ID: 1797237
Ventile sind Vorrichtungen, die den Fluss von Fluiden steuern oder regulieren, indem sie verschiedene Durchgänge öffnen, schließen oder teilweise blockieren. In einem offenen Ventil fließt das Fluid von einem höheren zu einem niedrigeren Druck. Das Hauptziel bei der Optimierung eines Ventils ist typischerweise die Verbesserung der Durchflussrate durch das Ventil bei einer vorgegebenen Druckdifferenz, häufig als sogenannter Durchflusskoeffizient oder Durchflussfaktor ausgedrückt, ein relatives Maß für die Effizienz des Ventils den Durchfluss zu ermöglichen.
Fallbeispiel: Ventiloptimierung mit SimericsMP+
In den folgenden Abschnitten wird eine Optimierungsstudie beschrieben, die durchgeführt wurde, um den Arbeitsablauf für die Ventiloptimierung mit CAESES®, in Kombination mit SimericsMP+ als CFD-Löser, zu demonstrieren. Das Objekt dieser Studie war ein Hydraulikventil von Duplomatic Motion Solutions, ein vorgesteuertes Wegeventil mit elektrischer oder hydraulischer Betätigung. Insbesondere wurde die Form zweier interner Strömungskanäle des Ventils optimiert, um den höchstmöglichen Massenfluss bei einem definierten Druckabfall von 5 bar zu erhalten. Zu Optimierungszwecken wurde das Ventil mit einer festen Schieberposition simuliert, so dass nur die Anschlüsse P und A (in der beiliegenden Abbildung blau) über die Aussparungen des Kolbenschiebers (in der beiliegenden Abbildung grün) verbunden wurden, ein typischer Betriebszustand.
Geometrievariation
Die Strömungskanäle der betroffenen Anschlüsse wurden aus dem ursprünglichen CAD-Modell entfernt und durch in CAESES® parametrisierte Geometrieelemente ersetzt. Für jeden der beiden betrachteten Kanäle wurde derselbe Satz von 9 Parametern als freie Variablen für die Optimierung ausgewählt. Diese Parameter steuern die Form der verschiedenen Geometriefeatures der Strömungskanäle.
SimericsMP+ Automatisierung
SimericsMP+ wurde mit Hilfe des CAESES® Software Connectors zur Analyse der generierten Geometrievarianten in den Prozess integriert. Die Geometrie wird im STL Extract Colors Format exportiert, wobei jede für einen Teil der Geometrie in CAESES® definierte Farbe in eine separate STL-Datei exportiert wird. Auf diese Weise kann SimericsMP+ die unterschiedlichen Bereiche der Geometrie leicht identifizieren und die Verbindung zu den entsprechenden Einstellungen (z. B. Netzeinstellungen oder Randbedingungen) beibehalten, wodurch eine automatisierte Netzregeneration ermöglicht wird. Das Simulations-Setup wird initial einmal in der SimericsMP+ Benutzeroberfläche aufgesetzt und in der sogenannten * .spro-Datei gespeichert, die anschließend von CAESES® für jede Variante exportiert wird.
Auf der Ergebnisseite wird eine Ensight Gold-Datei mit dem vollständigen Strömungsfeld, sowie eine Textdatei mit dem Zeitverlauf der integrierten Werte importiert. Letztere wird verwendet, um die Zielfunktion der Optimierung, die Durchflussrate, zu extrahieren.
Optimierungsprozess und -ergebnisse
Der gesamte Optimierungsprozess war in drei Phasen gegliedert. Im ersten Schritt wurde eine vorbereitende Parameterstudie (DoE) mit 100 Entwurfsvarianten durchgeführt, die alle 9 Parameter für einen der beiden Anschlüsse (A) einbezog. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die 4 einflussreichsten Parameter, d.h. die Parameter mit der stärksten Korrelation zur Zielfunktion, identifiziert und für ein zweites DoE ausgewählt. Hier wurden die ausgewählten Parameter auf beide Anschlüsse (A und P) angewendet und 90 Varianten analysiert. Schließlich wurde im letzten Schritt eine lokale Optimierung ausgehend vom besten Entwurf des vorhergehenden DoE, mit demselben Parametersatz und weiteren 50 Varianten, durchgeführt.
Am Ende des Prozesses wies das optimierte Design im Vergleich zur ursprünglichen Geometrie eine Verbesserung des Massendurchflusses um etwa 9% auf, wobei die DoE-Phase 7% und die finale lokale Optimierung weitere 2% beitrugen. Obwohl dies keine strenge Randbedingung darstellte, wurden die Volumina der Strömungskanäle während des Optimierungsprozesses überwacht. Alle berücksichtigten Varianten lagen jedoch innerhalb der tolerierten Grenzen. Experimentelle Untersuchungen, die an der Universität Neapel durchgeführt wurden, bestätigten die Ergebnisse der Optimierung. Es ist weiterhin erwähnenswert, dass das Design zuvor mit vergleichbaren Ergebnissen in einem manuellen iterativen Verfahren von demselben Universitätsinstitut optimiert wurde, wenn auch innerhalb eines Zeitraums von mehreren Monaten gegenüber einigen Tagen für das mit CAESES® durchgeführte automatisierte Verfahren.
?Wir waren sehr beeindruckt von der Geschwindigkeit und Effizienz des auf CAESES® und SimericsMP+ basierenden Prozesses. Bei Verwendung eines traditionellen Ansatzes, der auf inkrementellen Geometriemodifikationen und CFD-Validierung basiert, haben wir ungefähr zehnmal länger gebraucht, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.? Michele Pavanetto, Technical Director, Duplomatic Motion Solutions
Mehr Information
Eine ausführliche Publikation zu dieser Fallstudie finden Sie unter diesem Link.
Eine weitere Fallstudie zur Optimierung eines sehr großen DN700-Steuerventils mit CAESES® und Autodesk CFD finden Sie hier.
Die Firma FRIENDSHIP SYSTEMS AG entwickelt und vertreibt die Software CAESES. CAESES ist eine Anwendung für Ingenieure, die simulationsgetriebene Formoptimierungen automatisiert durchführen möchten. Typische Anwendungen sind die strömungsbasierte Optimierung von Schiffsrümpfen, Turboladern, Pumpen und Triebwerken. Meist ist das Ziel eine bessere Energie-Effizienz oder auch die Robustheit der Designs hinsichtlich der Performance und der Herstellung. FRIENDSHIP SYSTEMS wurde 2001 gegründet und sitzt mit dem gesamten Team in Potsdam, Deutschland.
Weitere Infos zu dieser Pressemeldung:
Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Die Firma FRIENDSHIP SYSTEMS AG entwickelt und vertreibt die Software CAESES. CAESES ist eine Anwendung für Ingenieure, die simulationsgetriebene Formoptimierungen automatisiert durchführen möchten. Typische Anwendungen sind die strömungsbasierte Optimierung von Schiffsrümpfen, Turboladern, Pumpen und Triebwerken. Meist ist das Ziel eine bessere Energie-Effizienz oder auch die Robustheit der Designs hinsichtlich der Performance und der Herstellung. FRIENDSHIP SYSTEMS wurde 2001 gegründet und sitzt mit dem gesamten Team in Potsdam, Deutschland.
Datum: 02.03.2020 - 10:24 Uhr
Sprache: Deutsch
News-ID 1797237
Anzahl Zeichen: 6533
Kontakt-Informationen:
Stadt:
Potsdam
Kategorie:
Softwareindustrie
Diese Pressemitteilung wurde bisher 877 mal aufgerufen.
Die Pressemitteilung mit dem Titel:
"Entwurf und Optimierung von Ventilen"
steht unter der journalistisch-redaktionellen Verantwortung von
FRIENDSHIP SYSTEMS AG (Nachricht senden)
Beachten Sie bitte die weiteren Informationen zum Haftungsauschluß (gemäß TMG - TeleMedianGesetz) und dem Datenschutz (gemäß der DSGVO).
Eine neue kostenlose CAESES Web Applikation zum einfachen und schnellen Entwurf von Segelfliegern ist online verfügbar. Die App ermöglicht es die Geometrie des Segelfliegers über Parameter detailliert nach Wunsch einzustellen. Das voll-parametrische zugrunde liegende Modell wurde in der Software
Aerodynamische Optimierung von Fahrrad-Laufrädern ...
Die aerodynamische Optimierung von Fahrrad-Laufrädern kann zu entscheidenden Steigerungen des Fahrtempos führen. Heutzutage ist die aerodynamische Performance einer der Schlüsselfaktoren beim Kauf neuer Ausrüstung durch Rennradfahrer, da der Luftwiderstand bekanntermaßen zwischen 70% und 90% de
Entwurf von Einlasskanälen | Intake Port Design ...
Die Einlasskanäle sind der letzte Teil des Luftansaugsystems eines Motors. Sie verbinden den Ansaugkrümmer mit der Brennkammer und werden mit den Einlassventilen geöffnet und geschlossen. Einlasskanäle finden sich zwar in allen Motorentypen, haben aber einen besonders dominanten Einfluss auf die
Weitere Mitteilungen von FRIENDSHIP SYSTEMS AG
Die neue GridVis® 7.4: Drei Anwendungen, eine Software ...
. Neuer Geräte-Konfigurator Mit der Version 7.4 können nun auch modulare Messeinheiten, wie das neue Energiemessgerät UMG 801, einfach konfiguriert und verwaltet werden. Der GridVis®-Gerätebaum hat für solche modularen Teileinheiten eine weitere Ebene erhalten. In dieser strukturierten Übersi
AvaTrade führt MetaTrader 5 ein ...
Der global regulierte Broker hat seiner breiten Palette an Plattformen MetaTrader 5 hinzugefügt, die leistungsstarke Plattform für Devisenmärkte AvaTrade (http://www.avatrade.de/), der führende Forex- und CFD-Broker, ist stolz darauf, die Einführung von MetaTrader 5 bekanntzugeben, welcher
Der Mitarbeiter im Fokus der Cloud ...
2020 wird das Jahr der Cloud. Jeder einzelne Mitarbeiter soll durch die digitale Transformation produktiver und zufriedener werden ? prognostizieren die Analysehäuser. Der IT-Dienstleister Proservia zeigt, wie die Mitarbeiter durch und mit der Cloud wachsen können. Cloud Computing verändert die U
Micromata macht Legacy-Software fit für die Cloud ...
Als Experten für passgenaue Industriesoftware entwickelt Micromata zunehmend cloud-kompatible Lösungen. Aber auch Legacy-Software wird vom Kasseler Softwarehaus auf die Erfordernisse der Cloud angepasst. Hier ein paar Entscheidungshilfen für alle, die ihre IT-Landschaften fit für die Cloud mache
