אוויר, מים ומה שמקשר ביניהם: אנליזת זרימה SOLIDWORKS-SIMULIA
במקרים מסויימים בהנדסה אנו נאלצים להתמודד עם אתגרים הקשורים לחיזוי התנהגות נוזל המתערבב עם גז. בחלק מהמקרים הנוזל והגז מתערבבים בצורה כה כאוטית, כך שכמעט לא ניתן להבדיל ביניהם בעין האנושית. בפוסט נספר לכם על הכלי החדש מבית SOLIDWORKS שיושב על פלטפורמת 3DEXPERIENCE ושמו Fluid Mechanics Engineer או בקיצור FMK והיכולת המעולה שלו להתמודד עם בעיות ערבוב נוזלים מורכבות.
במקרים כאלו גם החישובים הידניים מתחילים להיות קשים עד כדי בלתי אפשריים. למשל לחשב ספיקות, מהירויות לחצים קוויטציה או כוחות תגובה ועוד.
אבל הבעיות האלו לא בלתי אפשריות לפתרון – רק צריך את הכלים המתאימים. לתוכנת SOLIDWORKS קיים פתרון מסורתי לחישובי זרימה (CFD) תוסף ה FLOW simulation שמסוגל להתמודד עם רוב הבעיות בהנדסה.
במקרים מסויימים כמו המקרים עליהם נדבר כאן אנו נשתמש בכלי חדש מבית SOLIDWORKS שיושב על פלטפורמת ה 3DEXPERIENCE ושמו Fluid Mechanics Engineer או בקיצור FMK. בזכות היכולת המעולה שלו להתמודד עם בעיות ערבוב נוזלים מורכבות.
הצורה שבה תוכנות זרימה CFD מחשבות את האינטראקציה בין נוזל-לגז נקראת Volume of Fluid Method או בקיצור VOF method. זו היא שיטה נומרית המאפשרת להגדיר את הממשק בין החלק הנוזלי לחלק הגזי. זה קורה במקביל לפתרון של משוואות Navier-Stocks הקיימות בחישובים רגילים.
למידע נוסף על השיטה ניתן לקרוא כאן .
ה Fluid mechanics Engineer יושב על פלטפורמת ה 3DEXPERIENCE , אבל כמו כל מוצר SOLIDWORKS הוא כמובן יודע לקבל מודלים מ SOLIDWORKS ולשמור על קשר אסוציאטיבי בין המודל לסימולציה. בואו נראה כמה דוגמאות:
THE BOTTLE TILT
בעיית ה SLOSHING של כלי נפח המכיל נוזל וגז – במקרה שלנו נוזל ואוויר בבקבוק. אנו נראה מה יקרה כאשר נעשה הטיה של הבקבוק לצד והנוזל ירצה לצאת החוצה.
בתמונה למעלה רואים את ממשק ה FMK . הכלי יחסית חדש ומכיל ממשק משתמש מודרני נקי ומסודר המאפשר לעבור בצורה מסודרת על ההגדרות הדרושות להגדרת תהליך האנליזה.
הרישות כאן הוא מסוג Hex-Dominant Meshing (HDM) . קיים מגוון של אלמנטים שונים שמבוססים על ABAQUS (למשל TET, HEX, SHELLS) , יכולת להגדיר שכבת גבול ועוד…
בשביל לסובב את הבקבוק השתמשנו ביכולת של WALL MOTION ו MESH ROTATION לקבלת האפקט הרצוי. והפעלנו את האופציה של VOF.
מכאן להריץ במחשב הלוקלי או בענן של דאסו (144 cores) .
שימו לב שבזמן שהזורם שלנו נשפך מהבקבוק, אוויר חודר פנימה דרך הפתח הקטן שנשאר למעלה.
כדי לראות פחות קפיצות אפשר לבקש לשמור יותר תוצאות ביניים.
THE AIR BUBBLE
בשביל להבין יותר טוב כיצד זה עובד אפשר לעשות בדיקה פשוט על בועת אוויר בודדת.
נשתמש בשביל זה באותה אופציה כמו קודם VOF (Volume of Fluids) ביחד עם Surface Tension. יש אפשרות גם להגדיר Surface Adhesion אבל זה יותר למקרים של זרימה דרך תעלות דקות (למשל לחישוב אפקט קפילרי)
במקרה הזה הנוזל הוא מים והגז אוויר. ככה זה נראה:
בדו-מימד
בתלת מימד
קיימות בעיות שונות בתעשייה מורכבות יותר, בהן יכולת אלו הן הכרחיים על מנת לבדוק את איכות התכנון של הבעיה. דוגמה אחת היא ערבוב של נוזל בתוך מיכל ניקוז ובדיקת כמות אוויר שמגיע למשאבות דרך צינורות ההזנה:
ניתן לראות אוויר(בירוק) נכנס לצינורות ההזנה:
עוד דוגמה היא למשל ערבוב של נוזל בתוך מיכל רכב נוסע.
הדוגה הנ"ל נלקחה מתוכנת XFLOW גם חלק מ SIMULIA, המציגה יכולת דומה ל FMK.
זו הייתה סקירה ראשונה ל Fluid Mechanics Engineer מוצר סימולציית זרימה חדש מבית SOLIDWORKS-DASSULT בפלטפורמת ה 3DEXEPRIENCE. כלי מודרני, עוצמתי וקל לשימוש למהנדסים מכניים ואנשי אנליזה בתחום הזרימה.
למידע נוסף תוכלו לפנות לנציגים של סיסטמטיקס או אלי למייל :
Michael Kogan
