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理工男巧用ANSYS Discovery避开装修大坑

2018/10/2    来源:3D设计仿真分析    作者:唐灏      
关键字:ANSYS Discovery  仿真  
巧用ANSYS Discovery,帮助缺乏流体仿真基础的自己,解决了装修中的一大难题。

1.闻道有先后,术业有专攻

    正好现阶段我家在装修,所以我就把平面设计全权交给设计师,在经过一段时间的需求分析和设计后,设计师给出了这样一幅平面图。

平面图

图1 平面图

    其中绿色线条代表门窗位置,红色箭头代表风向。在沟通图纸的过程中,有一个问题一直让我很纠结:厨房没有窗,油烟只能靠抽油烟机抽,但抽油烟机不可能吸尽所有油烟,跑出来的油烟会怎么扩散,会污染哪些地方?然后餐厅跟客厅连在一起,吃火锅的时候气味会不会被吸附在客厅的布沙发里。这些问题设计师都没法给我一个准确的答案,只会说都还好吧、差不多、别人也这样。

    作为一名工程师,最不能接受的就是这种模棱两可的回答。既然设计师搞不定,那就自己来吧。出于职业习惯,我第一时间就想到了仿真。

    但实际情况是自己第一次深入接触这个专业,流体力学的知识基本为零。而装修时间又非常紧迫,留给自学的时间非常少。那么,像我这种不专业的人如何才能做一个比较专业的仿真呢?这时选择一款可靠又简单的仿真软件就显得尤为关键了。

2.工欲善其事,必先利其器

    然后我在网络上大概了解了几款主流的流体软件,发现了一个非常严重问题,就是上手都太难了,要控制如何画网格、设置仿真参数、边界条件,可以说单单画网格的技巧就够我学个大半年了。仿真界有句俗语叫garbage in,garbage out,对这个专业了解越深入,就越对这个专业产生敬畏感,就越不敢下手。由于时间紧迫,必须尽快确定平面图,正当我准备放弃的时候ANSYS推出了Discovery Live软件,符合我对傻瓜化的仿真软件的所有预期:

    1、建模直观。非常简单友好的建模方式,我只需要把设计师给我的CAD平面图导进来,删除一些不要的线条,并且将线框填充成面,面再拉升成体,就构成了家里面的墙面、柜子和大件家具。

    2、设置简单。我需要的就是傻瓜化的设置,不需要太多的专业知识,不用画网格,不用设置各种仿真参数,这样就避免了设置错误造成仿真结果错误。

    3、结果可靠。对于仿真软件,最重要的就是算得准不准。这个我们可以在ANSYS的官网看到其对精度的承诺。考虑到设置非常简单,输入参数极少,只要能满足对趋势的仿真已经足够。

    4、另外,最神奇的是Discovery Live可以实时看到仿真结果,就像在玩3D游戏,这样可以在与设计师、家人沟通的过程中,可以快速的调整验证新的想法,非常的直观和高效。

主流商业流体仿真软件

图2 主流商业流体仿真软件

3.仿真成果

    接下来看一下在作品制作过程中应用软件的具体操作:

    首先是建模,先导入设计师给的平面图,然后将多余的线条删除,接着将简化后的闭合线框用填充功能形成一个平面,之后通过拉升功能将平面拉升成一个体,其他地方也类似,通过拉升不同的高度,并适当的挖空,调整颜色,最终建立3D模型,就我的使用情况来说,上手很快,基本上用个两遍就都会了,建模的过程非常顺畅。

建模

图3 建模

    其次是软件的设置,也是非常的简单,因为我家在整栋楼的中间,当其他户都关窗的情况下,气流只往我家流过,故在设置外壳时,就粗略的等效成图中的一个套筒结构,边界在我家的外墙壁。然后通过查阅气象数据,当地夏季的主流风向为窗户正对方向,平均风速为3m/s,然后调高仿真精度,这里要提一下的就是仿真精度的控制,仿真区域的大小(或者说外壳)跟细节存在一个比例关系,这个比例是由这个滑块来控制的,小于这个比例的细节会被忽略掉,实际现象就是精度不够时,门窗这个薄结构位置软件认为不存在,气流会直接流过。所以说要控制好场景与细节的比例关系。最后,是添加测试点。在得到仿真结果后,可以通过速度场来确定气流盲区,确定需要优化的区域,可以看到,我所担心的两个区域都是气流盲区。然后我通过放置粒子源来跟踪气味的扩散情况,并根据此情况来优化门窗的位置。此外,在仿真的过程中,可通过压力的二维图表来确认流场是否已经稳定。

软件的设置

图4 软件的设置

    实际上,在使用了Discovery Live后,我可以更为直观的与设计师、以及我的家人沟通,期间我跟设计师多次进行沟通,快速验证对比了3个大版本的平面图,确定了最优的自然通风情况,最大化的避免了空气死角。

通过速度场确定气流盲区

图5 通过速度场确定气流盲区

通过粒子跟踪气味扩散情况

图6 通过粒子跟踪气味扩散情况

通过图表确认流场是否已经稳定

图7 通过图表确认流场是否已经稳定

    另外,针对定稿的平面图,使用粒子来追踪厨房灶台、餐厅火锅油烟的扩散情况,并最后通过调整门窗的开口位置来控制油烟的扩散路径(P12.3)。最终,使得设计达到一个比较完美的状态。

责任编辑:程玥
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