DIPLOMOVÁ PRÁCE PROUDĚNÍ V TRAKTU TOPENÍ AUTOMOBILU Autor: Tomáš Mužík

1. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZEFAKULTA STROJNÍÚSTAV TECHNICKÉ MATEMATIKYOBOR 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

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

3. Přívod vzduchu k ofukovačům Výstup 3 210 Výstup 4 Výstup 2 60 210 Výstup 1 97 85 73,5 145 Vstup 400 145 210 210

4. 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.

5. 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)

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

7. 2. Navržení tvarových změn pomocí software Sculptor vedoucích k zrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech z traktu Varianta 2 Varianty 3 Varianta 1 průměr

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

9. 3. Tvarová optimalizace traktu topení vedoucí kzrovnoměrnění hmotnostních průtoků na výstupech ztraktu • Gradientová optimalizační metoda LSGRG2 • Minimalizujeme cílovou funkci • Užívá gradientu k nalezení směru nejstrmějšího sestupu • Najde lokální minimum • Cílová Funkce: rovnoměrnost

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

11. Před optimalizací Po optimalizaci

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

13. 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.