Reactive Cfd in Engines with a New Unstructured Parallel Solver

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 58; no. 1; pp. 33 - 46
• Main Authors: Zolver, M., Klahr, D., Bohbot, J., Laget, O., Torres, A.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 01.01.2003; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Physics
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst:2003003

KIFP, an hexahedral unstructured parallel code is currently developed at IFP since two years. Some algorithms of the KIVA-II's version currently used at IFP (KMB) are implemented in KIFP. Due to the new unstructured formalism, others algorithms (finite volume on staggered grid, time splitting, SIMPLE loop, sub-cycled advection, turbulent and spray models, etc. ) have to be modified. Some new ones, like the conditional temporal interpolation methodology for moving grids, the remapping algorithm for transfering quantities on different meshes during the computation, the Van Leer and Superbee' slope limiters for advective fluxes, Kay and Crawford's heat transfer model and ECFM gasoline combustion model have been added. Super-scalar machines being widely used and developed, KIFP has been optimised for running on this type of machine. Many computer platforms and compilers have been tested. Because of its low cost of implementation, the OPEN-MP standard paradigm is used to parallelize the code. A speed-up of 3 on 4 processors is reached. KIFP is now able to well simulate 3D combustion in actual automotive engines: as example, we show in this paper some computations of an helical port on a steady state bench, an intake/compression/combustion in a port fuel injection (PFI) spark ignited engine with a pent roof chamber and a compression/spray injection in a direct injection (DI) Diesel engine. Comparisons with experimental results for engine cases (rotation speed and swirl coefficient for the steady state simulation and mean pressure curves for unsteady ones) or with analytical results for academic test cases are done as much as possible. KIFP, un code hexaédrique, parallèle et non structuré est en cours de développement à l'IFP depuis deux ans. Certains algorithmes de KMB, code IFP basé sur le logiciel KIVA II, ont été implantés dans KIFP. De part le nouveau formalisme non structuré, d'autres algorithmes (volumes finis sur grille décalée, pas de temps fractionné, boucle itérative SIMPLE, convection par sous-cycles, modèles de turbulence et de spray, etc. ) ont dû être modifiés. De nouveaux algorithmes, comme le mouvement de maillage par interpolation temporelle conditionnée, l'algorithme permettant de changer de maillage en cours de simulation, les limiteurs de pentes de Van Leer et Superbee dans la phase de convection, le modèle de transferts thermique de Kays et Crawford et le modèle de combustion essence ECFM ont été ajoutés. Les machines superscalaires étant très utilisées et développées, KIFP a été optimisé pour être employé sur ce type de machines. De nombreux ordinateurs et compilateurs ont été testés. Dû à son faible coût d'implantation, le standard de directive OPEN-MP est utilisé pour paralléliser le code. Une accélération de 3 sur 4 processeurs a été atteinte. KIFP est maintenant capable de simuler correctement la combustion tridimensionnelle dans des moteurs automobiles. Comme exemple, nous montrons dans cet article des calculs sur un banc volute stationnaire à pipe hélicoïdale, une admission/compression/combustion dans un moteur à injection indirecte à allumage commandé avec une chambre en toit, et une compression/injection dans un moteur à injection directe Diesel. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux pour les cas moteurs (vitesse de rotation et coefficient de swirl pour la simulation stationnaire, et des courbes de pressions moyennes pour les simulations instationnaires) ou avec des résultats analytiques pour les cas tests académiques ont été réalisées autant que possible.