Jednym z beneficjentów ANSYS Startup Program jest firma Aquarius Engines Central Europe. Firma jest polskim oddziałem izraelskiej firmy Aquarius Engines, która prowadzi prace badawczo rozwojowe nad udoskonaleniem liniowego silnika spalinowego. Polski startup zajmuje się prowadzeniem prac badawczych, sfinansowanych w ramach programu operacyjnego Inteligentny rozwój Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, którego głównym zadaniem jest opracowanie innowacyjnego, oszczędnego i wydajnego silnika o przełomowej technologii pracy.
Spalinowy silnik liniowy posiada wiele zalet w stosunku do tradycyjnych silników spalinowych z układem korbowo tłokowym, tj. wyróżnia się mniejszą masą, mniejszym oporem ruchu spowodowanym tarciem. W pracach rozwojowych nad silnikiem firma wykorzystuje oprogramowanie ANSYS, które zostało dostarczone w ramach licencji ANSYS Startup Program. Oprogramowanie ANSYS pozwala na przewidywanie zachowania silnika już na poziomie prac konstruktorskich, co pozwala zoptymalizować konstrukcje silnika pod kątem dynamiki, trwałości oraz zjawisk cieplno-przepływowych.
Analiza płaszcza wodnego służącego do chłodzenia silnika
Przykładem symulacji, wykonanej przez firmę Aquarius Engines Central Europe, jest analiza płaszcza wodnego służącego do chłodzenia silnika.
Celem analizy było oszacowanie skuteczności odbierania ciepła przez płaszcz wodny oraz strat ciśnienia, powodowanych przez geometrie układu. Strumień ciepła przekazywany przez ścianki silnika do płaszcza wodnego został oszacowany dzięki wykorzystaniu empirycznego wzoru Woschinniego na podstawie analizy wydzielania ciepła z wykresu idykatorowego przedstawiającego przebieg ciśnienia podczas pracy silnika. Podczas kolejnego etapu strumień ten został użyty jako jeden z warunków brzegowych symulacji, gdzie drugim warunkiem brzegowym było uwzględnienie masowego przepływu cieczy chłodzącej, który był równy wartości odczytanej ze stanowiska testowego. Temperatura odczytana na stanowisku restowym wynosiła 83.5 stopni Celsjusza, natomiast symulacja pokazała temperaturę 83.62 stopnia Celsjusza, co pokazało niemal 100 procentowe pokrycie, jeżeli chodzi o temperaturę na wylocie układu.
Analiza typu transient cold flow
Kolejnym przykładem wykorzystania programu ANSYS przez Aquarius Engines jest symulacja typu transient cold flow wymiany ładunku w silniku liniowym.
Celem symulacji było oszacowanie sprawności napełniania cylindra, zawartości resztek gazów spalinowych oraz tworzenie sie wirów podczas tego procesu. Czynniki te mają ogromny wpływ na mieszanie się par paliwa z powietrzem oraz na cały proces spalania. Za warunek brzegowy przyjęto tutaj ciśnienie na wlocie, które było funkcją czasu uzyskana z modelu obliczeniowego 1D stworzonego przez autora w darmowym programie do obliczeń matematycznych. Poniżej kilka zdjęć z przeprowadzonej symulacji.
Podsumowanie
Dzięki oprogramowaniu firmy ANSYS firma Aquarius Engines Central Europe jest w stanie zaoszczędzić sporo czasu oraz pieniędzy, które wcześniej przeznaczane były na budowę niepotrzebnej liczby prototypów. Dzięki zastosowaniu symulacji już na etapie projektowania jesteśmy w stanie uniknąć błędów konstrukcyjnych.
Autor: Konrad Kuchmacz, Aquarius Engines Central Europe