Contact us Support 

Mahdottomasta mahdollista – nesteen pinnan simulointi Free Surface -analyysillä

BLOG | 19.2.2019

Article header image
Kun opiskelin virtausmekaniikkaa Teknillisessä korkeakoulussa vuosituhannen vaihteessa, professorini kertoi, kuinka vaikeaa veneiden simulointi on. Menetelmä rajapintojen laskentaan oli jo olemassa, mutta käytännön toteutukset ohjelmistoissa olivat harvassa
SOLIDWORKSillä määrittelet virtaussimulaation vaivattomasti.

Virtaussimuloinnissa on pitkään pitäydytty tilanteissa, joissa tutkittava kappale on kokonaan tietyn aineen ympäröimänä. Kahden eri aineen välistä rajapintaa ei ole voitu simuloida, mikä on merkittävästi rajoittanut esimerkiksi laivojen aaltovastusten, kuljetustankkien nesteen hölskymisen ja vesisuihkujen tutkimista. Nyt tämä kaikki on mahdollista SOLIDWORKSin Free Surface -analyysillä.

Mikä on Free Surface -analyysi?


SOLIDWORKSin Free Surface -analyysi tuli uutena ominaisuutena 2018-versioon, ja voit simuloida sillä kahden fluidin välisen rajapinnan. Näistä fluideista toinen voi olla kaasu ja toinen neste tai molemmat voivat olla nesteitä. Esimerkkinä on veden ja öljyn rajapinta – toinen fluideista voi myös olla jopa 10 000 kertaa toista tiheämpää. Laskenta perustuu VOF-nestetilavuusmalliin (volume of fluid method), jossa ohjelmisto käyttää numeerista laskentaa vapaiden nestepintojen etsintään.


Simulaation lähtötilanteen voi määrittää eri tavoilla. Analyysin määrittelyssä voi esimerkiksi kertoa nesteen pinnan korkeuden suhteessa käytettävään koordinaatistoon. Toinen mahdollisuus on mallintaa ns. dummy-tilavuus, joka kuvaa nestettä simulaation alkuhetkellä.

 

Mihin Free Surface käytännössä soveltuu?

Mihin Free Surface -analyysiä voi käyttää:


•    Nestealtaiden ja -astioiden täyttäminen tai tyhjentäminen 
•    Nesteen hölskyminen inertiavoimien vaikutuksesta
•    Laivojen ja veneiden aaltovastus
•    Muovi sulassa muodossa


Mihin Free Surface -analyysi ei pysty:


•    pintajännitykseen (esim. vesipisarat) ja faasimuutoksiin (esim. höyrystyminen) liittyvien ilmiöiden simulointi

 

Esimerkki 1: vesialtaan täyttyminen
Simulaatio on ajasta riippuvaa, joten voit esim. tutkia, miten säiliörekassa kuljetettava neste hölskyy ajan funktiona, kun rekka jarruttaa. Kuvassa 1 on esimerkki vesialtaiden täyttymisestä tietyltä ajanhetkeltä.

Kuva 1. Altaiden täyttyminen

Esimerkki 2: veneen simulointi

Haluat esimerkiksi selvittää, millainen peräaalto syntyy ja missä kohtaa vesiraja kulkee, kun veneen nopeus kiihdytetään nollasta 20 solmuun. Virtaussimulaation määritys SOLIDWORKSissä käy helposti Wizardin avulla. Valitset, että tutkit ulkoista virtausta ja että haluat simuloida nesteen pinnan. Nesteeksi valitset veden. Kerrot, millä korkeudella vesiraja lähtötilanteessa sijaitsee. Paikallaan olevan veneen vesirajan selvittämisestä voit lukea myöhemmin toisesta blogistani.

Tulokset voit esittää animoituna tai tietyllä ajanhetkellä. Kuvassa 2 on esimerkki nopeusjakauma- ja virtaviivakuvaajasta. Voit toistaa laskennan erilaisille venerungoille ja hakea sitä kautta optimaalisen muodon.

 

Kuva 2. Nopeusjakauma ja virtaviivat

Fact box thumbnail

CadWorksiltä löytyy ohjelmistot virtausanalyysiin

SOLIDWORKSin suomalainen jälleenmyyjä, CadWorks Oy, myy ohjelmistoja ja koulutuksia 3D-mallinnukseen ja simulointiin. SOLIDWORKS Flow Simulation käyttää ratkaisussa tilavuusmenetelmää (Finite Volume Method), jolla voidaan ratkaista virtaus- ja lämmönsiirtoanalyysejä tarkasti. SOLIDWORKSillä voidaan ratkaista monimutkaisiakin geometrioita ja sen erityiset vahvuudet ovat ratkaisunopeus ja intuitiivinen käyttöliittymä.

Kun haluat selvittää, millainen lisenssi olisi sopivin juuri teidän tarpeisiinne, ota yhteyttä asiantuntevaan ja avuliaaseen aluemyyntipäällikköömme Esko Hekkalaan tai Lasse Kaikkoseen. Kts. http://www.cadworks.fi/fi/contact-us/


YOU MIGHT ALSO BE INTERESTED


Article thumbnail
Blog | 16.2.2018
Hyödynnä SOLIDWORKSin työtä helpottavat ominaisuudet – vertaile dokumentteja Compare-toiminnolla
SOLIDWORKSissa on sisäänrakennettuna ominaisuus, jolla suunnittelija voi vertailla kahden SOLIDWORKS-tiedoston tai konfiguraation eroja. Toiminto purkaa erot selkeiksi graafisiksi näkymiksi, jolloin suunnittelussanne säilyy ainutlaatuinen näkyvyys tuotteen …
Read more
Article thumbnail
Blog | 15.6.2017
Suunnitteletko tiedonsiirtoprojektia? 4 vinkkiä menestykseen
Muutama ennakkotoimenpide ennen tiedonsiirtolinkin toteutusta auttaa takaamaan, että työ saadaan kerralla kuntoon ja vieläpä ketterässä aikataulussa.
Read more
Article thumbnail
Blog | 6.7.2017
Haluatko päästä bugeista eroon?
SOLIDWORKS hyödyntää vahvasti käyttäjiltä tullutta palautetta tuotekehityksessään. Kun ohjelmistolla on kaksi miljoonaa käyttäjää, omat vaikutusmahdollisuudet voivat tuntua pieniltä. Ehkä mieleesi tulee ajatus, että tästä ohjelmistovirheestä …
Read more