Моделирование течения воздуха в чистых помещениях с использованием модели Overset Mesh

Последние нововведения в модели перекрывающихся сеток (Overset Mesh) 18-ой версии ANSYS Fluent, позволяют использовать CFD для моделирования дымового теста при проектировании чистых помещений.  

Чистота воздуха в помещениях

В медицине, фармакологии и на предприятиях электронной промышленности чистота производственных помещений играет очень важную роль. С этой целью изготовление высокотехнологичных изделий, которые являются чувствительными к инородным частицам, осуществляется в специальных помещениях (комнатах) с высоким классом чистоты. Например, класс чистоты 100, регламентирует содержание частиц размером 0.5 мкм в количестве меньше 100 в одном кубическом футе воздуха. Даже в таких жестких условиях, происходит постоянное образование частиц, которые оседают на изделиях и загрязняют их поверхность.

Чтоб обеспечить стерильные условия и исключить перекрестное загрязнение, инженерам необходимо точно смоделировать течение воздушного потока в чистом помещении. Для точного моделирования воздушного потока необходимо учесть завихрения, возникающие в чистой комнате при движении производственного оборудования, например, при перемещении робота-манипулятора.

Натурные испытания – дымовой тест

Дымовой тест позволяет отобразить линии тока воздуха, обеспечивая визуальное представление направления потока. К сожалению, данная процедура отнимает много времени и сложна в реализации. Натурные испытания показаны на видео:

Что, если бы в первом приближении возможно было смоделировать дымовой тест без участия персонала? Что, если бы можно было определить проблемные зоны, не проводя дымовой тест и использовать оставшиеся ресурсы более рационально?

Моделирование течения

За счет совместного использования модели Overset Mesh и возможности задания движения компонент системы, смоделировать течение воздуха, возникающие вследствие перемещения пяти отдельных частей роботизированной руки в ANSYS Fluent достаточно просто. Сеточная модель создавалась отдельно для основания робота-манипулятора, каждого звена и рабочего органа. Также был создан дополнительный сеточный компонент (collar mesh) в месте пересечения звена манипулятора и сферического шарнира, на котором крепится рабочий орган. В процессе работы манипулятора, сферический шарнир рабочего органа пересекает геометрию манипулятора, позволяя ему иметь три вращательные степени свободы.

Перекрывающаяся сетка, построенная для многокоординатного робота-манипулятора, который выполняет различные технологические манипуляции в чистом помещении. Построено пять сеточных компонентов, которые включают основание робота, звенья манипулятора и рабочий орган. Дополнительный сеточный компонент (collar mesh) используется в месте пересечения звена манипулятора и сферического шарнира.

В ANSYS Fluent несколько перекрывающихся компонентов возможно объединить в один сеточный интерфейс, что значительно упрощает настройку задачи. На самом деле, нет необходимости создавать перекрывающиеся интерфейс явным образом, так как Fluent автоматически создаст его при инициализации решения, если до этого пользователь не создал интерфейс вручную.

Несмотря на то, что общий характер движения робота-манипулятора является достаточно сложным, перемещение его отдельного звена является исключительно вращательным относительно части, с которой он сопряжен. Возможность относительного перемещения сетки в Fluent, позволяет пользователю определить движение каждого звена как чисто вращательное, в системе отсчета связанной с сопрягаемой частью. Таким образом, нет необходимости напрямую задавать сложный закон движения всей системы, который получается в результате суперпозиции вращательного и поступательного движения частей робота-манипулятора. Движение робота-манипулятора в чистом помещении показано на видео:

На видео показано течение воздуха, исходящего из приточной потолочной вентиляции, которое в свою очередь проходит мимо робота-манипулятора и затягивается через вытяжную вентиляцию в полу. Серая изоповерхность представляет восходящий поток запыленного воздуха с пола.

Модель Overset Mesh ускоряет и упрощает проведение гидрогазодинамических расчетов с присутствием движущихся частей

Модель Overset Mesh может применяться для инженерных задач, в которых требуется моделировать течение среды совместно движущимися частями геометрии. В ANSYS Fluent 18, модель Overset Mesh является достойной альтернативой существующим методам remeshing и smoothing, которые могут быть не применимыми для ряда случаев. Ниже представлено видео, на котором показано как модель Overset Mesh может ускорить и упростить процесс решения вашей задачи:

Дополнительную информацию о методе Overset Mesh вы можете узнать из статьи. Кроме того, вы можете посмотреть обучающие видео, в котором подробно описывается процесс задания настроек для метода перекрывающихся сеток.

Оригинальный текст статьи: http://www.ansys-blog.com/cfd-overset-mesh-speeds-simulation/