scarico
La subroutine scarico scarica sul film tape21 ad intervalli regolari, di tempo o gradi di manovella o cicli, le grandezze fisiche che caratterizzano il film per ciascuna cella film.
Il file `e poi impiegato per l’analisi dei risultati della simulazione.
4.3
Descrizione delle subroutine del KIVA modi-
ficate
lawall
La subroutine lawall calcola le tensioni di taglio (taufx, taufx e taufx ) ed il flusso di calore cvhtr all’interfaccia film-gas.
Si `e reso necessario modificare la subroutine in quanto essa calcolava le grandezze sopra elencate per ogni cella KIVA, mentre ora `e necessario calcolarle per ogni faccia di parete della cella KIVA, ovvero per ogni cella film. A differenza di prima, ora ogni faccia di parete di una cella KIVA corrisponde ad una cella film che possiede una vita sua, indipendente, con le proprie grandezze fisiche relative al film presente in essa.
La procedura di calcolo viene ora eseguita per ogni cella film anche se stiamo lavorando in ambiente KIVA. La subroutine `e in una condizione ibrida tra i due ambienti film e KIVA e gestisce alcuni parametri da una ambiente ed altri dall’altro.
snapb
La subroutine snapb gestisce una operazione particolarmente delicata nel KIVA, ovvero l’attivazione o disattivazione di piani di celle fluide in funzione del movimento del pistone.
La mesh KIVA `e statica ed il movimento del pistone `e gestito da tre subroutine: • rezone provvede ad una deformazione locale delle celle sulla faccia del pistone
fino ad un rapporto di deformazione prefissato;
• snapb oltre il rapporto di deformazione prefissato viene disattivato (se il pistone sale) o attivato (se il pistone scende) un piano di celle;
• sort provvede ad un riaddensamento dei vettori operando una riorganizzazione e rinumerazione di tutta la mesh.
Quando viene richiamata la subroutine snapb le grandezze relative alle celle che vengono disattivate devono essere opportunamente ridistribuite tra le celle sovra- stanti . Quando invece viene attivato un nuovo piano di celle le grandezze relative alle celle sovrastanti vanno ripartite opportunamente anche sul nuovo piano i celle.
L’intervento di modifica `e stato mirato alle due fasi di ridistribuzione. Vediamo di analizzare i due interventi:
• Movimento del pistone verso il punto morto superiore. Si veda lo schema di figura 4.16.
Quando la deformazione delle celle:
zratio = dzb dztot
operata dalla rezone, supera il rapporto prefissato snapfr interviene la snapb con la disattivazione del piano di celle a contatto con la superfice del pistone e vengono allungate le celle sovrastanti fino alla quota del pistone. Ne consegue che le grandezze fisiche relative al piano di celle disattivato devono essere ripartite sulle celle sovrastanti.
L’operazione di ridistribuzione viene implementata dalla seguente parte di codice: do 90 k=1,6 massak(k,i8)=massak(k,i8)+massak(k,i4) massak(k,i4)=0.0 tempeuk(k,i8)=(tempeuk(k,i8)+tempeuk(k,i4))/2 tempeuk(k,i4)=0.0 ufilmeuk(k,i8)=(ufilmeuk(k,i8)+ufilmeuk(k,i4))/2 ufilmeuk(k,i4)=0.0 vfilmeuk(k,i8)=(vfilmeuk(k,i8)+vfilmeuk(k,i4))/2 vfilmeuk(k,i4)=0.0 wfilmeuk(k,i8)=(wfilmeuk(k,i8)+wfilmeuk(k,i4))/2 wfilmeuk(k,i4)=0.0 90 continue dove:
i8= indice della cella sovrastante i4= indice della cella disattivata
Si osserva che viene sfruttata la caratteristica della mesh KIVA di essere strut- turata. Grazie a questo le grandezze caratteristiche di ciascuna faccia della cella
4.3 – Descrizione delle subroutine del KIVA modificate
i4 vengono sommate alle grandezze delle facce corrispondenti della cella i8 se la grandezza `e estensiva (la sola massa nel nostro caso), in caso contrario ne viene invece calcolata la media matematica. Se nel pistone `e ricavata la bowl
Figura 4.16. Operazione di snap con movimento del pistone verso il PMS.
le grandezze delle celle appartenente ad essa vanno traslate verso l’alto di un passo.
• Movimento del pistone verso il punto morto inferiore. Si veda lo schema di figura 4.17.
In questo caso la rezone deforma allungandole le celle sulla superfice del pi- stone fin tanto che non viene raggiunto il rapporto massimo di deformazione prefissato. A questo punto subentra la snapb che riporta le celle deformate alle dimensioni originali e riattiva un piano di celle. Ne consegue che le grandezze fisiche delle celle che prima dello snap erano a contato con il pistone vanno ridi- stribuite opportunamente tra le celle stesse riportate alla dimensioni originale ed il nuovo piano di celle attivate.
In questo caso le celle attivate hanno tutte le grandezze nulle. A differenza del caso precedente `e stato diversificato la ridistribuzione della massa sulle facce laterale (left,right,front e derrier) delle facce inferiore ed superiore (bottom e top). Questo perch´e la massa sulle facce laterali deve essere ripartita in funzione del rapporto zratio mentre la massa sulle facce inferiore e superiore devono essere interamente passate alla celle km. Le altre grandezze vengono passate direttamente. Analogamente al punto precedente, se sul pistone `e ricavata una
Figura 4.17. Operazione di snap con movimento del pistone verso il PMI.
bowl allora `e necessario traslare verso il basso le grandezze.
sort
La subroutine sort ha il compito di riorganizzare i vettori della mesh KIVA renden- doli densi dopo la chiamata alla subroutine snapb.
4.3 – Descrizione delle subroutine del KIVA modificate
Quando viene richiamata questa subroutine la mesh KIVA viene completamente ri- numerata e per questo `e necessario che vengano rimappati tutti i vettori che erano in funzione degli indici delle celle.
La modifica apportata a questa subroutine si `e limitata a imporre la rimappatura delle matrici delle grandezze relative al film.
Capitolo 5
VALIDAZIONE DEL MODELLO
5.1
La simulazione e l’esperimento
Il continuo progresso tecnologico e la possibilit`a di avere a disposizione mezzi infor- matici sempre pi`u potenti hanno portato ad un nuovo modo di concepire la ricerca e lo sviluppo dei nuovi prodotti.
Tale innovazione `e in particolar modo sentita nel settore della progettazione dei moderni motori a combustione, in conseguenza alla necessit`a di dover dare sempre una risposta immediata non solo alle esigenze della clientela ma anche delle sempre pi`u restrittive norme antinquinamento.
I vantaggi della simulazione assistita al calcolatore sono molteplici: • Possibilit`a di eseguire prove altrimenti altamente pericolose;
• Riduzione dei tempi e quindi dei costi per elaborare ed eseguire prove diverse; • Possibilit`a di studiare in maniera controllata i fenomeni stocastici.
Nel modello di film fluido elaborato sono presenti molti fenomeni “casuali”, o meglio caratterizzati da particolari distribuzioni statistiche.
Il metodo utilizzato per gestire tali fenomeni `e il cosiddetto metodo MonteCarlo: si chiede al codice di generare un numero “casuale” e si assegna, sulla base di tale numero, un valore della variabile dipendente che rispetti la curva di probabilit`a ri- cavata sperimentalmente. Una simulazione che riesca a rappresentare fedelmente il funzionamento di un motore diesel dovrebbe dare ad ogni ciclo un risultato diver- so, cio`e dovrebbe simulare anche il fenomeno della variabilit`a ciclica riscontrato nei motori. Per avere dei risultati significativi bisognerebbe quindi fare un gran numero di simulazioni e poi trattare i risultati con gli strumenti della statistica. E’ evidente che un tale concetto di simulazione non serve a nulla in quanto fare molte simulazio- ni vuol dire utilizzare molte ore di lavoro macchina, perdendo cos`ıuno dei vantaggi
principali della progettazione assistita al calcolatore. Il codice KIVA su cui `e imple- mentato il modello del film fluido utilizza per`o un particolare generatore di numeri casuali, cio`e un generatore di una sequenza di numeri casuali ripetibile: quindi si ha a disposizione una serie di numeri casuali utile per “vestire” i fenomeni stocastici con la distribuzione di probabilit`a che compete loro, ma si ha anche la possibilit`a di eseguire una sola simulazione in modo da studiare il comportamento di un modello solo in funzione delle variazioni dei parametri che vogliamo significativi.
La simulazione, comunque, non pu`o in alcun modo sostituire la sperimentazione, ma deve con essa interagire in un legame simbiotico che di volta in volta esalti i pregi e renda trascurabili i difetti dell’altro.
In questa ottica si inserisce il concetto di validazione di un modello: `e il meccanismo con cui l’esperimento “certifica” la validit`a di un modello matematico implementato al calcolatore e permette di costruire una serie di coefficienti correttivi (fitting) che ne permettano la taratura.