Ne is CFD ve Su Özellikleri için ANSYS Fluent?
C ⁇ Akışkanlar Dinamik (CFD) tek bir boru yüklemeden önce hidrolik performansı tahmin etmek, ısı transfer ve sayısal yöntemler kullanarak kütle transferleri ve algoritmaları kullanarak. mühendisler için fragmanlar, etkileşimli su özellikleri ve su oyun elementleri, CFD tek bir borunun kurulmadan önce hidrolik performans test etmek için sanal bir laboratuvar sağlar.
ANSYS Fluent, sağlam çözücü mimarisi, geniş fiziksel modeller ve kullanıcı dostu arayüz özellikle çoklufa akışları için özel olarak tasarlanmış.Su, hava su etkileşimleri – sıçramalar, spreyler ve jet arabirimleri, dönen nozullar veya interaktif elementler için de destekler.
Kostüm Pads
Sömücük pedler, su neredeyse quiescent olduğu yüzme havuzlarından farklı olarak, üşük jetler, su çarşafları ve hem heyecan verici hem de güvenli olması gereken keskin akışlar sunar: Temel fiziksel fenomenler şunlardır:
- [FONT:0]Jet mola ve damlalet oluşumu: Su bir nozul, yüzey gerilimi ve aerodinamik kuvvetler jetin damlacıklara zarar vermesine neden olur.
- [FONT:0)Imping ve akıp giden: Su sert bir yüzey, göz yaralanmasına neden olabilecek büyük sıçrama yüksekliklerini önlemek için ikincil damlacıklar üretiyor.
- [FONT=0)Entrainment ve aeration: Hava balonları su akışına karışıyor, görsel estetikleri etkiliyor ve etkili su yoğunluğunu azaltır.F modeli Fluent'in çokfa karıştırıyor doğal olarak.
- [FONT:0)Recirculation bölgeleri:[Döneticileri geride bırakmamış veya çevresinde bulunan Stapati su alanları düzgün bir şekilde yıkanmamışsa bakteriye liman verebilir. CFD ölü bölgeleri tanımlamaya ve tüm ıslak yüzeyin cirosunu bilgilendirmeye yardımcı olur.
Turbulence Seçimleri Modelleme
Uygun türbülans modelini seçmek, yüksek çözünürlükte bulunan standart k-epsilon modeli genellikle jetler gibi ücretsiz program akışları için yeterlidir, ancak yüzeylerin yakınında bulunan duvara bağlı akışlar, Scale-Adaptive Simulator (SAS) veya büyük Eddy Simülasyonu (RSM) için k-omega SST'yi son derece güvenli bir şekilde ele almak için gerektirmektedir.
Ortam seçimi aynı zamanda türbülans çözünürlüğünü de etkiler. Yaklaşık 1 değeri, k-omega modelini kullanırken yakın duvar tedavisi için idealdir.For high Reynolds number noz (Re > 1e5), duvar işlevleri, element sayılarını kabul edilebilir doğruluklarını uzak alana kadar koruyabilmek için azaltılabilir.
Kapsamlı Tasarım İş Akışı ANSYS Fluent
Aşağıdaki genişletilmiş iş akışı, optimize edilmiş, güvenli ve verimli bir kuruluma kavramsal bir sıçrama düzeni dönüştürür.
Aşama 1: Geometry Hazırlık ve Simplification
3D modeli SolidWorks veya Autodesk Inventor gibi CAD yazılımı kullanarak oluşturun. Model tüm nozulları, boruları (örneğin insekiz), fragman yüzeyler (decks, heykeller), ve oturma veya gölge yapıları gibi herhangi bir engel oluşturabilir; Suplay genellikle karmaşık organik şekillere sahiptir; basitleştirme akış yolu ve büyük sıçrama yüzeyleri korunmuştur.
2. Aşama: MemGen Stratejisi
Yüksek kaliteli bir ağ doğru CFD sonuçları temeldir. Tipik bir sıçrama pedi oluşturmak için yapılandırın.Demeksiz bir tetrahedral ağ duvarlarında ve üşük yüzeylerde enflasyon tabakaları ile% 30 oranında azaltılabilir.For fragmanları, artan yoğunlukta konsantre ve yüksek sıçramalı bir fragmanları ve etki alanlarıyla karşılaştırın. Tipik bir fragmantasyonlar arasındaki çözüm değişiklikleri her zaman ölçümler ile yeterince iyi performans gösterir.
3. Aşama: Fluent Modelini Fluent
Navigate to the number of steps to two: birincil faz = hava, ikincil faz = su. Fluent'te ağaç ve 20°C'de su havası için gerekli olan vücut formülasyonunu etkinleştirin; Akış altında stabilite için kapalı vücut formülüne izin verin.[Dönetici modeli için, k-omega SST’yi düşük-Re düzeltmelerle seçin.
Aşama 4: Sınır ve İlk Koşullar
Aşağıdaki sınır tiplerini imzalamak:
- [FONT:0)Velocity-inlet in nozullarda:[Dönetici:0) Su hızı ve yönü üst düzeye çıkar.Turbulence yoğunluk, inlet kinetic enerjisinin% 5'i olarak tahmin edilebilir.
- [FONT:0)BasındaBasın: Statik baskı atmosferine eşit olarak ayarlanırsa, hidrostatik kafayı belirtin.
- [FONT=0)Wall sınırları: [Dön yüzeyler için hiçbir şekilde sabit olmayan bir koşul yoktur. Dokunmuş fragmanlar için duvar kabalığı yüksekliğini ayarlama (örneğin, plastik kaplamalar kabalığa sahiptir -0.5 mm).
- [FONT:0]Symmetry:[Dönetici 1) Geometrik bir ölçüm olup olmadığını kullanın, ancak fragman modellerinin türbülans nedeniyle mükemmel bir simetrik olamayacağına dikkat edin.
- [FONT:0)İnisalizasyon:[Dönetici:[Dönetici: 0) Hava ile tüm alanı (volume fraksiyon = 0) yakın insekizlere yakın küçük bir su bölgesi hariç.
Aşama 5: Stability için Solver Ayarları
Sürekli multifazemli akışları iyi kullanan basınç seviyesi için 5 m/s ile 1'den daha az (CFL) daha az bir süre boyunca, ortalama olarak 1'in altında kalma süresine kadar hızlanır.
Aşama 6: Post-Processing and Analysis
Sonuçlara görselleştirmek için ANSYS CFD-Post kullanın:
- [FONT:0)Water volume fractions[[Döncüler] jetler aracılığıyla uçakları kesmek için, üşük geometri ve hava eğitimi ortaya çıkar.
- [FONT=0)Velocity vektörleri[Dönetici:0)[Döneticiler)[Döncükler)[Döncükler arka tıkanıklık bölgeleri gösterir.
- [0]Wall shear stresi[[Dönümüzdeki 3Düzgölgeler yüksek üşük etki alanları gösterir – çocuklar için risk kayması.
- [FONT:0)Pathlines[DÜDÜT:1] Parçacık ikamet süresi tarafından renkli durgun bölgeleri tespit eder.
- [FONT:0)Report zirve yüksekliğe sahip [[Dönedekiler: ANSYS, su hava arayüzünün her noktada en yüksek dikey koordinatını zamanında çıkarmanıza izin verir.
Simülasyonlu üşüklüğü, halka açık oyun alanları için 1.2 m'nin ASTM eşine karşı karşılaştırın.Eğer çaprazlıklar meydana gelirse, yeniden tasarım nozlu açılar veya akış oranları yeniden tasarlayın ve simülasyonu yeniden çalıştırın.
Vaka Çalışması: Bir Belediye Tiyatrosu Padişahını Retrofitting
Orta büyüklükte bir şehir parkı, yukarıdaki iş akışıyla ilgili şikayetleri yaşadı, 12.000 $ 'lık bir yüksekliğe ulaştık. Orijinal fragman, 90 dereceye kadar uzanan altı zemin seviyesindeki jete sahipti, her biri istenen oyun alanını kapsadığı halde, yüksek çözünürlükte 40 L/min'e doğrulanan bir simülasyonu da, suların yüksekliğe ulaştığını açıkladı.
Estetik Su Özellikleri için Gelişmiş Teknikler
süslemek için çeşmeler, süs jetleri ve koreografyalı su şovları için, CFD görsel temyizi optimize etmek için güvenlik ötesine geçer.
Multi-Jet senkronizasyon
Birden fazla jet yangını belirgin bir şekilde, tesisatlar arasındaki etkileşim öngörülemeyen su perdeleri üretebilir. Fluent'in geçici simülasyonu hareket ağla (örneğin, dönüş nozları için aşırı ağ kullanarak) faz gecikmesini tahmin eder. Tasarımcılar, rekatli karıştırmadan pürüzsüz geçişlere ulaşmak için disko zamanlayabilirler.
Luminous Effects için Aeration Control for Luminous Effects
Aydınlatma tasarımcıları genellikle parlak, köpüklü görüntüler oluşturmak için bir su sütunu gerektirir. jet yörüngesi boyunca hava hacminin kesilmesiyle, mühendisler, istenen 10-20 havayı her hücrede kullanarak, Fluent'in VOF model çıktılarını kullanarak, ışık saçını aydınlatmaya izin verebilirler.
Gürültü Azaltımı Gürültü
Sudan düşen yağmur suyu, yakındaki konutları rahatsız edebilir. CFD akustik analog ile çiftleştirilebilir (örneğin, Ffowcs Williams-Hawkings modeli) jet molasını değiştirerek ve üşük yüzey dokusunu değiştirerek, gürültü seviyelerinin 3-6 dB tarafından su tüketimi olmadan azaltılabilir.
Ekonomik ve Güvenlik Sadece CFD için
Bir fragman için bir CFD simülasyonunun maliyeti (kullanıcı, mühendislik zamanı, bilgisayar) genellikle 20.000 $ 'dan 20.000 dolara kadar değişir. Aksine, camlardan ve tesisattan inşa edilen tek bir fiziksel prototip, site değişiklikleri dahil olmak üzere 150 $ 'lık ücret değerlendirmelerini azaltabilir.
Düzenleme
ASTM F2376 ve Uluslararası Play Equipment Üreticiler Derneği (IPEMA) kabul edilen bir analiz yöntemi olarak kabul edilen bir analiz yöntemi olarak referans alır. Ulusal Spor ve Park Birliği (NRPA) yeni su oyun alanları için hesaplama modellemeyi teşvik eder.For reference, see theENFLT:0ConASTM F2376-21 Standart Uygulama).
Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak
- [FONT=0)Genel olarak basitleştirilmiş geometri: [Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 0)) Neglecting small features like no noz lips or Decks changes ching patterns. Use ılımlı basitification, but protect the main flow road.
- [FONT:0) Rüzgar etkilerini görmezden gelir:[Dönetici:[Dönetici:0) Açık fragmanlar rüzgar deneyimine maruz kalır. Fluent, rüzgar hızının en az 5 m / rüzgar davasına dahildir.
- [Dönemli bir akışa sahip olmak için: [Döntgen: 0]Süresel pedler doğal olarak geçicidir – su jetleri başlar, dur ve dalgalanır. Her zaman osilleri yakalamak için geçici simülasyonlar çalıştırın.
- [FONT:0] Serbest yüzey bölgesinde koarse ağları kovalamak: [Döntgen: 1) Hava su arayüzü, iyi bir karar gerektirir (en azından 10-15 hücre çapındaki hücreler). Fluent'de adaptif ağ geçidi otomatik olarak arayüz bölgeyi geliştirebilir.
- [FONT:0)Su kimyasını seçmenin:[Dönetici:[Dönetici] Yalnızca kimyasal reaksiyonlar model değildir, akış hızı dağılımı klor dezenfeksiyon iletişim süresini etkiler. Pair CFD gibi bir su kalitesi modeli ile sağlık güvenliğini sağlamak için.
Sağlanan modelleri doğrulama
Simülasyon sonuçlarına güvenmeden önce, deneysel verilere karşı doğrulayın. Tek bir noz ve üşük yüzeyi ile küçük bir test kurun. Öngörü yüksek hızlı video kullanarak ve piddle phone ile akış hızı kontrol edin. Test geometrisini Fluent'e çıkarın ve aynı koşulları çalıştırın. tahmin edilen üşük yükseklik bunu aşıyorsa, kanallama modelini kontrol edin, ağ geçidini kontrol edin, ağ geçidini kontrol edin veya yüzey gerilimi ayarlarını yapın.
Örnek Geçerlilik Referans Vakası
Uluslararası Bina & ile 0,3 $ 'lık bir ölçüm çalışması yayınladı: Hidrolik Topluluğu) 3 m / 3 $ 0.6 m yüksek su sütunu kullanılarak, yüksek su sütunu kullanılarak Fluent simülasyonları kullanılarak, -omega SST'nin 0.62 m - mühendislik tasarımı için kabul edilebilir bir dizi.
Future Trends: Digital Twins ve IoT Entegrasyonu
Bir sonraki fragman optimizasyonu dijital ikiztir - rüzgar toplandığında, gerçek parkta gömülü sensörlerle senkronize edilen canlı bir CFD modeli. Basınç transducers ve yüksek performanslı su parklarında kullanılan bulut tabanlı bir simülasyon haline gelecektir, örneğin, eğer rüzgar toplanırsa, dijital ikiz rekomputlar güvenli fragmanlar ve throttles bazı nozullar otomatik olarak.Bu konsept, yüksek performanslı su parklarında zaten yüksek performanslı su parklarında kullanılır.
Ek olarak, yüzlerce CFD simülasyon üzerinde eğitilmiş makine öğrenimi yarı iletken modelleri, hava ve akış parametrelerine dayanan üşük yükseklik tahminlerini sağlayabilir. Bu, run-time CFD işleme ihtiyacını azaltır ve gömülü kontrolörlere olanak sağlar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Su bazlı bir iş akışına sahip olmak artık bir deneme-ve-terör çabası değildir. C ⁇ Akışkanlar Mühendisleri sayısız tasarım alternatiflerini hızlı bir şekilde keşfetmek için mühendislere ihtiyaç duyuyorlar, güvenlik, estetik zevk ve operasyonel verimlilik sağlar. Sistemli bir iş akışı takip ederek - geometri oluşturma, ağ oluşturma, çok fazlı, geçici simülasyon ve geçerlilik - uygulayıcılar, katı düzenleyici standartları karşılamak için zorlanan bir araçta ilk yatırım yapmak için gerekli olan su özelliklerini sunabilirler.
Daha fazla okuma için, [[Üyetim:0)ANSYS Su & Atıksu sayfası[DÜyetim) endüstri vaka çalışmaları ve [[Üyetim:2) Dünya Akışkan Araştırma Konseyi) çokfaklı akış simülasyonları için en iyi uygulama kılavuzlarını yayınlar.