Miniature Precision setzt Strömungssimulationen mit FloEFD.V5 ein, um einen Abscheider für Kohlenwasserstoffe zu optimieren


Simulation mit FloEFD.V5. Das Bild zeigt die Vorhersage des Druckabfalls und der Strömungsgeschwindigkeiten in einem Katalysator

October 2006

Bei der Miniature Precision Components, Inc. in Walworth, Wisconsin, hat man die Konstruktion eines neuen Abscheiders für Kohlenwasserstoffe mit Hilfe von FloEFD.V5, einem Softwarepaket zur Strömungssimulation in der Produktentwicklung, optimiert. Mark Van de Bogert, Leiter der Produktentwicklung bei Miniature Precision Components, untersuchte hierzu die Leistung verschiedener Ausführungen, um die geforderte Absorption der Kohlenwasserstoffe mit einem möglichst geringen Druckabfall am Abscheider zu erreichen. "FloEFD.V5 erlaubt es den Konstrukteuren, einfach und kostengünstig Strömungssimulationen durchzuführen, die bisher nur mit der Hilfe von Spezialisten und Softwarepaketen möglich waren, deren Kosten bei mehreren zigtausend Dollar im Jahr liegen," erklärte Van de Bogert hierzu.

Miniature Precision Components ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Entwicklung von Komponenten zur Emissionskontrolle und ihrer Herstellung im Spritzgussverfahren. Das Unternehmen sah einen Bedarf für einen kostengünstigen Abscheider für Kohlenwasserstoffe zum Einsatz in einem sogenannten PZEV (Partial Zero Emission Vehicle), einem Fahrzeug, das 90 % weniger Schadstoffe erzeugt als ein durchschnittlicher Neuwagen. Eine wichtige Komponente des PZEV ist ein Abscheider für Kohlenwasserstoffe im Ansaugweg, der nach dem Abstellen des Motors verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Motor austreten. Ein derartiger Abscheider ist nicht ganz einfach zu entwickeln, denn er soll nahezu alle Kohlenwasserstoffe zurückhalten, ohne einen wesentlichen Druckabfall mit ungünstigen Auswirkungen auf Leistung und Verbrauch des Fahrzeugs zu verursachen.

„Die Simulation der Konstruktion in FloEFD.V5 war einfach," so Van de Bogert, „Die Software wird einfach von CATIA aus aufgerufen. FloEFD.V5 unterscheidet in unserem CAD-Modell automatisch zwischen festen Teilen und Hohlräumen und erstellt eine entsprechende Zellenstruktur für die Strömungsanalyse. Die Randbedingungen – einen Luftmassenstrom vor dem Abscheider und einen Druckwert hinter dem Abscheider – habe ich in CATIA eingegeben. Anschließend habe ich verschiedene Rippenanordnungen analysiert und dabei ermittelt, dass der Druck bei einer Ausführung mit fünf Speichen am niedrigsten, aber noch nicht niedrig genug war."

Van de Bogert untersuchte daraufhin ein rundes Dutzend Varianten der Ausführung mit fünf Speichen, mit Änderungen an der Geometrie der Speichen und beim Abstand der Kohleelemente. Die Ergebnisse der Simulationen zeigten jeweils die Durchflussrate und –richtung sowie den Druck an jedem Punkt des Abscheiders. „Die Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse sichtbar zu machen, hat mir dabei sehr geholfen, die Nachteile der einzelnen Versionen zu verstehen und aufgezeigt, wie ich den Druckabfall verringern konnte," verkündete ein begeisterter Van de Bogert. „Schließlich war ich in der Lage, den Grenzwert für den Druckabfall noch zu unterschreiten. Wir erstellten einen Prototyp und konnten zu unserer Freude feststellen, dass der Druckabfall am Prototyp kaum 2,5 mm WS von der Vorhersage abwich."

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