Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Nya funktioner i version 2021.1 för Simcenter Amesim

Med hänvisning till den senaste versionen av Simcenter Amesim, version 2021.1, kommer veckans inlägg att försöka täcka och lyfta fram några av de förbättringar som nyligen gjorts i Simcenter Amesim.

Förbättringar har gjorts i både plattformsverktyg och enskilda bibliotek, och nya verktyg som Simcenter Amesims ROM Builder för att skapa Reduced Order Models har gjorts tillgängliga. ROM i sig är ett intressant koncept som förtjänar ett eget inlägg, men kommer under tiden att nämnas här med en kort översikt. Förutom dessa förbättringar har nya demonstrationsmodeller gjorts tillgängliga för de olika lösningarna, och för att nämna några: en demo om anslutning av ett automatiskt styrt fordon (AGV) med en programmerbar logikstyrning (PLC), fartygsdynamik under manövrering eller dynamisk positionering, och en modelleringsmetod för dynamiska PEM-bränslecellsstackar.

Simcenter AmesimROM Builder kan klassificeras som ett allmänt verktyg för att skapa och använda modeller av reducerad ordning. Vid första anblicken kan namnet verka lite skrämmande, men i huvudsak är det ett verktyg som används för att skapa matematiska representationer av en datamängd i syfte att uppskatta sambanden mellan in- och utdata. Detta görs genom att införliva flera olika tekniker och data kan komma från källor som simulering eller fysisk testning.

I en av sina enklaste former kan en ROM vara en linjär regression av ett dataset, dvs. en linjär trendlinje enligt Excel-terminologin. Modellerna kan också sträcka sig upp till mer avancerade fall som fångar dynamiskt icke-linjärt systembeteende av högre komplexitet genom att använda olika typer av arkitektoniska val av neurala nätverk, t.ex. feed forward-skikt för att fånga statisk interaktion följt av ett återkommande neuralt nätverk som möjliggör dynamiskt beteende.

Matematiken och syftet bakom dessa metoder är inte alls nya. Det som är nytt med Simcenter Amesims ROM Builder är dock att dessa modeller enkelt kan användas, exporteras eller införlivas i en simuleringsprocess utan att man behöver gå utanför Simcenter Amesim-miljön. I det osannolika fallet att du skulle få lite fritid är konceptet ovan väl värt att titta på och överväga hur det skulle kunna användas i samband med din nuvarande praxis.

Inbäddad CFD i Simcenter Amesim vill täcka en medelväg mellan endimensionell och traditionell tredimensionell CFD genom att integrera funktioner från Simcenter. STAR-CCM+ till Simcenter Amesim. Detta tillvägagångssätt ger en mer detaljerad luftflödesrepresentation vid simulering av hytter och under motorhuvuden, vilket kan vara mycket användbart i tidiga konstruktionsstadier när det är ont om förfinad CAD-geometri och när systemets totala prestanda måste beaktas. I version 2021.1 har kabinfunktionerna också utökats till att omfatta strålning från yta till yta, batchalternativ för geometriparametrering och fysikaliska inställningar, och utloppsgränser ges som ett alternativ för modellering och strategi för luftcirkulation.

Värt att nämna är att verktyget är skräddarsytt för ett specifikt ändamål och därmed inte erbjuder samma möjlighet till anpassning som skulle ha varit möjligt om både Simcenter Amesim och Simcenter STAR-CCM+ hade kopplats direkt enligt samsimuleringsmetoden. Fördelen med att utnyttja en förenklad och parametrisk geometri, med en betydande minskning av antalet celler jämfört med traditionell CFD, är istället relaterad till simuleringsrobusthet, minskad simuleringstid och kanske till och med en mer omfattande och utforskande konstruktionsfas. Lösningslogiken är utformad för att möjliggöra långa transienta körningar och startar Simcenter STAR-CCM+ i batchläge under varje steg i kopplingsprocessen, med målet att minimera påverkan på antingen simuleringstid eller noggrannhet. Enkelt uttryckt, en kompromiss mellan två områden.

inbäddad CFD

Bränsleceller och bränslecellssystem är ett annat ämne som har uppmärksammats i denna och tidigare versioner av Simcenter Amesim, och det är i själva verket ett mycket tvärvetenskapligt ämne som omfattar flera olika komponenter som samverkar, t.ex. skorsten, kylhjälpmedel, luft- och vätgasförsörjningssystem, elkonvertering och befuktningsanordningar. Detta i kombination med de olika typer av fysik som är inblandade, t.ex. elektricitet, värmeöverföring, fluid dynamik, elektrokemi, gör att det är en fråga som inte lämpar sig för studier på ett enkelt sätt. För att uppnå konkurrensfördelar måste dessutom viktiga val av utformning och arkitektur undersökas noggrant. Ett exempel på detta skulle kunna vara att lägga till en energilagringsenhet till ett bränslecellssystem och därigenom möjliggöra stationär drift med högre verkningsgrad. Detta är överväganden där avvägningar är en naturlig del av scenariot och där en strategi på systemnivå verkligen kommer till sin rätt.

Biblioteket med bränslecellskomponenter i Simcenter Amesim gör det möjligt att bättre förstå och undersöka komplexa interaktioner som sker i och runt ett bränslecellssystem, vilket exemplifieras ovan. Biblioteket syftar till att underlätta behovet av snabb installation genom att förse användarna med en uppsättning förmodellerade komponenter som är inriktade på nuvarande bränslecellstekniker, främst PEM (Proton Exchange Membrane) och SO (Solid Oxide). Beroende på vilken nivå av modellering som krävs kan stack-submodeller baserade på elektrokemiska ekvationer som Butler-Volmer-ekvationen användas för att förutsäga en cells dynamiska prestanda genom att definiera egenskaper som är förknippade med till exempel cellgeometri, spänningsfall för katod/anod, membranegenskaper och så vidare. Även om en sådan detaljrikedom kan vara önskvärd i vissa fall, kräver denna typ av modellering vanligtvis en stor uppsättning parametervärden som kan vara svåra att identifiera, och av denna anledning tillhandahålls också modeller som bygger på en polariseringskurva.

I den senaste versionen av Simcenter Amesim har en ny multidimensionell kartbaserad PEMFC-stackundermodell inkluderats som gör det möjligt att beräkna stackspänningen i enlighet med inloppsförhållandena vid katoden och anoden. Beräkningen baseras på en polariseringskurva, eller snarare en multivariabel tabell som beror på förhållandet mellan upp till 9 variabler (stackströmtäthet [mA/cm2], temperaturer [°C], inloppstryck [PaA], relativ fuktighet i katod och anod [%], O2 och H2 stökiometri [-]).

Även om nya funktioner och funktioner kontinuerligt läggs till, tillåter Simcenter Amesim en stor flexibilitet när det gäller anpassning, och det är därmed möjligt att modellera dina egna bränslecellsarkitekturer. Detta görs genom att arrangera en samling mer generiska komponenter från befintliga fysikbibliotek, t.ex. elektrokemibiblioteket. Dessutom kan du ändra befintliga komponenter för att passa dina behov eller implementera användarkod direkt i en komponent, vilket gör det möjligt att modellera andra typer av bränsleceller eller lägga till ny egen funktionalitet, men naturligtvis med den extra invändningen att du måste göra en del av arbetet själv.

Bränslecell

Om du har några frågor eller kommentarer om ämnet eller om simulering i allmänhet är du välkommen att kontakta oss genom att skicka ett e-postmeddelande till support@volupe.com.

Författare

Fabian Hasselby, M.sc.
+46733661021
support@volupe.com

 

Fler blogginlägg

sv_SESwedish