Nemrég láttam egy filmet, amiben volt egy labirintusos jelenet. Akkor elkezdtem gondolkodni rajta, hogy ez a hosszú bolyongás simán szimulálható lenne, így arra gondoltam, hogy megcsinálom Simcenter FLOEFD-ben.

 

Így kezdtem hozzá a folyamathoz:

Mit kell letöltenünk egy ilyen szimuláció lefuttatásához?

Letöltöttem egy labirintus modellt, mely a következő képen látható:

 

Legelőször nem tudtam, hogy pontosan mekkora ez a modell.  Ráraktam pár PMI méretet, amiből kiderült, hogy a letöltött modell átmérője 58 méter, a kezdő hely 2,8 méter széles. A labirintus fala magas volt, azt egy move face-szel 3 méteresre kicsinyítettem.

Ezek után elkezdtem azon gondolkozni, hogy jó,  itt van ez a labirintus, de minek? Így jutottam el oda, hogy kell egy Start és egy Cél felirat. A starttól egy embernek kellene elindulnia, és a célhoz kell valami jutalom, ami miatt megéri egy labirintust leküzdeni. Végül úgy döntöttem, hogy a cél egy akkora torta lesz, amit az alá tervezett asztal már alig bír el. Szóval letöltöttem egy ember és egy torta modellt, és készítettem egy asztalt az átméretezett modell alá.

Ezek után (mivel spórolni szerettem volna a számolási idővel, hogy minél előbb eljusson az emberem a célhoz), lezártam a modell elejét és a tetejét, hogy zárt teres szimulációt tudjak készíteni*. Ezután rákerestem az átlagos séta sebességre (3-5 km/h) [1], ami alapján eldöntöttem, hogy az ember majd 4 km/h sebességgel kellene, hogy sétáljon. A szimulációhoz használt geometriám a következőképpen nézett ki:

*A szimuláció közben úgy alakult, hogy síkáramlást vizsgáltam, így rájöttem, hogy a tető felesleges volt, a lemodellezése csak vitte az időt.

 

Most, hogy megvagyunk az alapokkal, jöhet az igazi kihívás

Hogyan használjuk jelen esetben a FLOEFD beállításait?

Az eddigi webinárokon és #SimcenterSzerda részekben látható „szokásos” beállításokat elkezdtem beállítani a SC FLOEFD varázslójában. Az áramló közegnél egyszer csak jött az ötlet, hogy az emberem gyorsabban jut el a tortáig, ha nem az alapbeállítás szerinti lamináris és turbulens megoldót használom, hanem a csak a laminárist. (2012 óta használom a SC FLOEFD-t, (a nemnewtoni folyadékokat leszámítva) szerintem ez egy olyan beállítás volt, amit még sohasem állítottam be.)

Ezt követően a varázsló többi beállítását alapértéken hagytam.

A következő ötletem az volt, hogy a Computational Domain-en belül beállítom, hogy 2D-s szimulációt szeretnék csinálni, mert síkáramlással is megkapom azt az útvonalat, ami a tortához vezet.

Ezután észrevettem, hogy a 2D-s síkáramlásnál, ami benne van a metszetben, végtelenül hosszúnak tekinti a módszer, így a Component Controlból kiszedtem az embert és a tartót. Így, hogy nincsenek benne, nem kell őket behálózni, és egyszerűsödik az áramlási térfogat, amit majd automatikusan fog a SC FLOEFD legyártani nekem.

Ezt a parancsot én a jobb klikkes menüből szoktam előhozni, de van hozzá egy ikon is. (Emlékeim szerint, amikor először használtam a SC FLOEFD-t, akkor ez az ikon még nem volt kint. Ügyeltem rá, hogy benne legyen a képben, hogy rögzüljön nekem is.)

Ezt követően felraktam a két peremfeltételt, amit ehhez a szimulációhoz terveztem. Az egyik a 4 km/h beáramlási sebesség. (Alapbeállítás szerint m/s az áramlási sebesség mértékegysége, de ezt automatikusan tudja váltani a SC FLOEFD).

Ezután a Calculation Control Options-ön belül bekapcsoltam a Local Mean Age-et. Ennek segítségével a SC FLOEFD megbecsüli, hogy az áramlási viszonyok függvényében mennyi idő alatt cserélődik a levegő a tér adott pontján.

Ezek után beállítottam pár goalt és az automatikus hálózóval „4”-es minőségű hálót csináltam csatorna sűrítéssel.

Közel 100 000 elem lett így a 2D-s domain-ben, amit le is futtattam.

Futtatás után számos opcióm marad arra, hogy hogyan kérdezzem le az utat. Az egyik ilyen opció a futtatás előtt bekapcsolt LMA, azaz a Local Mean Age. A következő képen az látható, hogy az LMA skála tetejét 240 másodpercre raktam. Vagyis ahol piros szín látható a képen, ott 4 percnél több idő kell ahhoz, hogy cserélődjön a levegő. Ahol az ábra nem piros, ott van az az áramlási csatorna.  Ezek azok a részek, ahol a közeg mozog, és arra kell mennie az embernek, hogy eljusson a tortájához.

Amennyiben nem az LMA-val szeretném megjeleníteni az utat (mivel ezt a paramétert előre kell bekapcsolni, így használhatom a sebességet is.)

Van az ideális gáztörvény, amit felhasználva a hőmérsékletmezővel is megjeleníthetem, hogy merre van a Start és a CÉL közötti útvonal.

Amennyiben ezeknél látványosabb eredményt szeretnék, használhatom a Flow Trajectories-t is, mely tömeg nélküli részecskéket helyez az áramlási térbe. Másik lehetőség a Particle Study funkció is, ami tömeggel rendelkező részecskékkel csinálja ugyanezt. A következő videóban, mind a kettő módszert megmutatom.

A Particle Study számításai alapján, ha ebbe az áramlásba részecskéket helyezünk és útjukat megjelenítjük, akkor 70-80 másodperc alatt odaérnének a tortához, és mutatják az utat az ember modellemnek.

Ezt a szimulációt Simcenter FLOEFD for NX-ben futtattam, de Simcenter FLOEFD for Solid Edge esetén mindegyik lépés ugyanígy nézett volna ki, csupán más lett volna körülötte a CAD szoftver.

 

Felhasznált anyagok:

[1] http://mek.niif.hu/00000/00056/html/081.htm

Labirintus modell: https://grabcad.com/library/maze-circular-model-labyrinth-1

Ember modell: https://grabcad.com/library/bot-36

Torta modell: https://grabcad.com/library/birthday-cake-4