Опыт применения

BISSEL: испытание новой технологии для уборки шерсти животных в Rocky DEM

Компания Bissel пробовала разные инструменты численного моделирования методом дискретных элементов (DEM) для испытания новой продукции, но ни один из них не отвечал необходимым критериям эффективности и точности. Требовалось что-то иное и уникальное, поэтому инженеры компании обратились к Rocky DEM.

Свою эффективность при разработке нового циклонного устройства доказали инструменты Rocky DEM и ANSYS Fluent.

Мы пользуемся Rocky DEM уже почти год, и за это время он стал незаменимым инструментом для решения наших задач. Это единственное программное обеспечение, в котором есть модель гибких волокон, а также предусмотрена возможность сопряженного CFD-расчета и реалистичного представления частиц. Все это позволяет задавать необходимое количество и форму частиц при моделировании оборудования".

    Кон Люн

     Ведущий инженер по численному моделированию

     компании BISSELL Homecare, Inc.

 

ЗАДАЧА

Оптимизировать конструкцию циклонного устройства путем точного моделирования параметров движения шерсти домашних животных.

РЕШЕНИЕ

Оценить производительность устройства с учетом различных геометрических параметров и снизить стоимость прототипирования за счет выполнения сопряженного расчета методами CFD и DEM.

РЕЗУЛЬТАТ

BISSELL усовершенствовала процесс испытания продукции за счет повышения точности расчетов. Совместное моделирование в Rocky DEM и ANSYS Fluent доказало свою эффективность, поэтому компания будет чаще использовать метод дискретных элементов для разработки новых продуктов.

 

BISSELL – это семейная компания, которая является лидером в области товаров для ухода за домом уже на протяжении более пяти поколений. Философией компании является стремление к пониманию того, как качественная уборка может повысить уровень комфорта людей, особенно когда дело касается домашних питомцев.  

Являясь в США компанией № 1 в области уборки пола, BISSELL специализируется на устройствах, предназначенных для уборки за животными, таких как пылесосы, пароочистители и электрические швабры.

Когда речь заходит об уборке дома, ахиллесовой пятой всех устройств является неспособность удалить шерсть домашних животных. В связи с этим доктору наук Кону Люну (Kon Leung), инженеру по моделированию в BISSELL, была поручена работа над созданием численной модели движения шерсти внутри пылесоса, которая могла впоследствии быть использована инженерами в процессе разработки нового устройства.  

Так как BISSELL – инновационная компания, в процессе разработки ее инженеры внедряют технологии компьютерного моделирования, используя ANSYS Fluent, программное обеспечение для вычислительной гидрогазодинамики. Расчет, который был необходим команде разработчиков для данного проекта, требовал создания модели частиц и учета поведения воздушных потоков. 

Ранее инженеры уже проводили расчеты, используя различные программные DEM-инструменты моделирования дискретных элементов, но ни один из них не соответствовал требованиям BISSELL к эффективности и точности. В большинстве случаев из-за высокой стоимости вычислений количество гибких волокон (частиц шерсти) в модели было ограничено, что в свою очередь влияло на сроки разработки. В дополнение к этому, другие инструменты для DEM-расчетов имели менее точные модели частиц, из-за чего значительно снижалась общая точность результатов. 

 Инженерам BISSELL было необходимо нечто нестандартное и уникальное, поэтому они обратились к Rocky DEM.

ПОИСК РЕШЕНИЯ

Перед инженерами стояла задача разработать численную модель, сочетающую в себе методы CFD и DEM и имитирующую поток волокон шерсти внутри пылесоса. После прохождения валидации она позволила бы разработчикам BISSELL проводить оценку геометрических параметров и их влияние на производительность, сокращая затраты на создание прототипов и проведение испытаний. 

Предполагалось, что модель будет содержать большое количество гибких частиц шерсти и прогнозировать их поведение по таким параметрам, как гибкость и спутывание волос друг с другом. Также необходимо было учесть влияние газовой среды на волокна в сопряженном расчете с использованием ANSYS Fluent. Одной из основных проблем, с которыми столкнулись в BISSELL, было высокое соотношение длинны волоса к его диаметру, а именно: 4 см к 50 – 130 мкм. Еще одна трудность состояла в том, чтобы с высокой точностью вычислить силу сопротивления для длинных тонких волокон, находящихся в турбулентном потоке внутри циклонного устройства.

Люн выбрал программное обеспечение Rocky DEM, так как в нем можно использовать гибкие волокна. Это позволило смоделировать волокна шерсти с меньшими вычислительными затратами, используя сферо-цилиндры, соединенные виртуальными связями. В Rocky также есть специальный закон сопротивления для волокон, по которому производится точный расчет взаимодействия сплошной среды (газа) и частиц с учетом положения волокна.

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ДАННЫМИ ЭКСПЕРЕМЕНТА

После того, как была проведена калибровка коэффициентов DEM – расчета, сопряженная модель была применена для полнофункционального циклонного устройства; экспериментальные данные были получены путем воспроизведения такого теста в лаборатории.

Поведение волокон шерсти внутри устройства оценивалось благодаря сравнению комков шерсти, спрогнозированных в численной модели, и комков, образовавшихся в ходе проведения лабораторного эксперимента. Результаты моделирования и эксперимента показали хорошее соответствие, как видно на Рисунке 1.

Чтобы оценить производительность различных вариантов конструкции, плотность комков шерсти измерялась путем отслеживания областей с высокой концентрацией волокон, как показано на Рисунке 2. 

 

Рисунок 1 – Валидация модели, основанная на сравнениирезультатов расчета с экспериментальными данными. 

Рисунок 2 -  Область расчета была разделена на мелкие участки, на каждом из которых измерялась концентрация волос. В результате можно было увидеть, в каких областях образовались комки спутанных волокон, и какова была их плотность. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«Мы обнаружили, что инструмент Rocky DEM способен тестировать работу новых проектируемых устройств, позволяя сократить количество прототипов, а следовательно, уменьшить затраты времени и средств. Это просто фантастика!» – говорит Люн. «Доказано, что двусторонний интерфейс Rocky-Fluent представляет собой инструмент для прогнозирования поведения шерсти».

Более того, Люн утверждает, что инженеры намерены использовать Rocky DEM и для тестирования других продуктов BISSELL, так как в работе программное обеспечение продемонстрировало свои широкие функциональные возможности применения в различных отраслях производства.

 

Оригинал доступен по ссылке .

Оставить запрос
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения
Хотите всегда быть в курсе последних новостей и событий?
Подпишитесь на рассылку
Подписаться