Transiente Analyse eines Scrollverdichters mit Ansys
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Skalierbarkeit der Simulation, StrukturmechanikSANDEN, der führende Hersteller von Fahrzeugklimaanlagen, produziert auch Scroll-Kompressoren. Sie bestehen aus einer stationären und einer kreisenden Spirale, die ineinander verschachtelt sind. Während der Bewegung der umlaufenden Spirale ändern sich Anzahl, Form und Volumen der Innenkammern ständig. Mit Ansys kann dieser Zyklus besser untersucht werden.
Zusammenfassung
Aufgabe
Automatische Erkennung der sich ständig ändernden Kammern und des entsprechenden Innendrucks mit Hilfe eines analytischen Ansatzes anstelle des traditionellen FSI-Ansatzes.
Lösung
Zu diesem Zweck wurden einige APDL-Routinen entwickelt und als Command Objects in Ansys Workbench integriert. Die komplexe Kinematik des Verdichters wurde realitätsnah modelliert und die Transientenanalyse in kurzer Zeit mit Ansys HPC berechnet.
Kundennutzen
Einfacheres und schnelleres modellieren der Druckkammern, müheloses Simulieren der Verhältnisse für jeden gegebenen Winkel bei voller Drehzahl und kurze Rechenzeiten mit Ansys HPC.
Der Scrollverdichter besteht aus einer stationären und einer umlaufenden Spirale, die ineinander verschachtelt sind. Während der Bewegung der umlaufenden Spirale ändert sich die Anzahl, die Form und das Volumen der Innenkammern ständig. Folglich ändern sich auch die Druckverhältnisse in den Kammern. Ziel war es, die folgenden Aspekte mittels FE-Simulation zu untersuchen:
- Automatische Erkennung der sich ständig ändernden Kammern und des entsprechenden Innendrucks mit Hilfe eines analytischen Ansatzes, anstelle des traditionellen FSI-Ansatzes
- Realistische Darstellung der Verdichterkinematik
- Transienter Effekt bei einer Betriebsgeschwindigkeit von 9000 U/min
Zuvor war es notwendig, die Druckerzeugungskammer für jeden Drehwinkel in einem CAD-System genau zu modellieren. Der Druck musste "von Hand berechnet" und manuell übertragen werden - ein mühsamer und fehleranfälliger Prozess.
- Mit Hilfe der automatisierten Kammererkennung und Druckanwendung kann der Kunde die Simulation für jeden beliebigen Winkel "mühelos" durchführen.
- Man erhält Erkenntnisse über die innen wirkenden Kräfte an den kritischen Komponenten bei hoher Geschwindigkeit.
- Der Einsatz von Ansys HPC reduziert die insgesamt verstrichene transiente Simulationszeit.
Zum einen war es notwendig, die unterschiedliche Anzahl der Kammern, ihre Form und auch ihre tatsächliche räumliche Trennung automatisch zu erkennen. Zum anderen war eine erweiterte Polygonauswahl erforderlich, um die Bereiche der Druckanwendung auszuwählen. Zu diesem Zweck wurden einige APDL-Routinen entwickelt und als Command Objects in Ansys Workbench integriert. Gelenke, die aus der Mehrkörpersimulation stammten, und nichtlineare Kontakte dienten dazu, die komplexe Kinematik der Verdichter realitätsnah zu modellieren. Mit Hilfe von Ansys HPC konnte die Zeit zur Berechnung der transienten Analyse weiter reduziert werden.
