Argonne membantu mengoptimalkan Desain Mangkuk Piston untuk Engine tugas berat Caterpillar menggunakan Komputasi Kinerja Tinggi

Laboratorium Nasional Argonne membantu Caterpillar meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi pada engine diesel tugas berat mereka. Mesin diesel tugas berat masih menggerakkan sebagian besar kendaraan besar yang digunakan dalam industri konstruksi, pertambangan, dan transportasi di Amerika Serikat. Insinyur bekerja untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar mesin ini sambil meminimalkan polusi untuk mengurangi konsumsi energi dan memastikan keberlanjutan industri ini di masa depan.

Rekomendasi artikel lain yang mungkin anda suka rental mobil lepas kunci Jakarta murah.

Memanfaatkan sumber daya komputasi performa tinggi Argonne, para peneliti mengembangkan desain piston potensial untuk engine Caterpillar yang dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar sekaligus mengurangi emisi.

, Argonne membantu mengoptimalkan Desain Mangkuk Piston untuk Engine tugas berat Caterpillar menggunakan Komputasi Kinerja Tinggi
Peneliti Argonne menggunakan superkomputer untuk mengoptimalkan desain mangkuk piston pada mesin tugas berat untuk Caterpillar Inc. Desain teratas mengurangi konsumsi bahan bakar dan pembentukan jelaga, dan lainnya berpotensi mengurangi NOx. (Gambar oleh Chao Xu / Argonne National Laboratory.)

Tim pertama kali membuat kerangka kerja untuk mengoptimalkan desain sistem pembakaran menggunakan alat dinamika fluida komputasi 3D yang disebut CONVERGE, yang dikembangkan oleh Convergent Science, Inc. Menggabungkan transfer panas dan data pembakaran yang berasal dari model CONVERGE dengan data lingkungan tentang jelaga dan nitrogen oksida (NO x ) produksi, mereka kemudian menjalankan ratusan simulasi kesetiaan tinggi untuk mengembangkan desain yang menjanjikan untuk mangkuk piston.

Dengan metode ini, mereka dapat mengidentifikasi beberapa desain yang berpotensi meningkatkan efisiensi bahan bakar sekaligus mengurangi emisi. Caterpillar membuat prototipe desain berkinerja terbaik menggunakan teknik manufaktur aditif untuk memvalidasi hasil model.

Dengan memanfaatkan sumber daya superkomputer yang tersedia di Argonne, kami menjalankan simulasi yang sangat mendetail dan juga mendapatkan hasilnya jauh lebih cepat, mengurangi waktu simulasi dari berbulan-bulan menjadi berminggu-minggu.

—Chao Xu, seorang yang diangkat postdoctoral Argonne memimpin upaya simulasi

Salah satu desain mangkuk piston yang sangat menjanjikan meningkatkan proses pencampuran antara bahan bakar dan udara. Para peneliti menemukan bahwa hal itu dapat mengurangi konsumsi bahan bakar hingga hampir 1%, peningkatan yang terukur, sekaligus mengurangi jelaga hingga 20%.

Alur kerja yang kami kembangkan akan menguntungkan semua orang. Kami menerbitkan metodologi kami sehingga perusahaan dapat menggunakannya untuk merancang mangkuk piston baru untuk mereka sendiri.

—Sibendu Som, manajer Bagian Riset Multi-Fisika Komputasi di divisi Sistem Energi Argonne

Selain inovasi simulasi proyek, salah satu kontribusi utama tim adalah pengembangan pendekatan ramah industri, yang memungkinkan perusahaan mengoptimalkan desain mesin mereka menggunakan sistem komputer internal mereka sendiri. Model yang disederhanakan ini, berdasarkan hasil dari ratusan simulasi kompleks, memberikan tingkat akurasi yang sama sekaligus mengurangi persyaratan komputasi sebanyak 40%.

Ini sebenarnya mengurangi biaya pengujian jika kita memiliki model prediktif dan mengoptimalkan desain pada superkomputer. Ini juga mengurangi waktu yang dibutuhkan industri untuk mengembangkan produk — manfaat yang besar.

—Prithwish Kundu, seorang ilmuwan peneliti yang mengelola proyek di Argonne

Pekerjaan kami dengan Argonne dalam proyek ini memungkinkan eksplorasi ruang desain besar-besaran. Dengan bekerja bersama dan memanfaatkan keahlian simulasi dan sumber daya komputasi dari Argonne dengan keahlian manufaktur dan pengujian di Caterpillar, kami dapat mengoptimalkan dan menguji piston pada garis waktu yang jauh lebih pendek daripada yang semestinya.

—Jon Anders, penyelidik utama dan spesialis teknik senior di divisi Komponen dan Solusi Terintegrasi Caterpillar

Penelitian ini didanai oleh Kantor Manufaktur dan Teknologi Kendaraan Lanjutan DOE di Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan, di bawah payung Program Komputasi Kinerja Tinggi untuk Manufaktur (HPC4Mfg). Tim tersebut menggunakan Pusat Sumber Daya Komputasi Laboratorium Argonne, serta superkomputer Mira (sekarang sudah pensiun), yang dioperasikan oleh Fasilitas Komputasi Kepemimpinan Argonne, sebuah Fasilitas Pengguna Sains Kantor DOE.

Leave a Comment

Deny Siregar
Aty Maulani