英文原文由Chiaki Miyazawa和Akiko Kondoh著。

日本最大的建筑和設備制造商驪住株式會社（LIXIL Corporation）的重要產品業務之一是浴室、廚房和廁所等水技術產品。在這些產品的研發中，LIXIL正在嘗試引入Particleworks，一種無網格多粒子模擬（MPS）計算流體力學（CFD）工具。

圖1- Ecful shower -紅色葉輪高速旋轉，堵塞一半淋浴孔

LIXIL的“Ecful shower”淋浴頭產品（圖1）工作時，淋浴頭中的葉輪高速旋轉，堵塞一半的淋浴孔，這種機制增加了淋浴噴頭內部的壓力，為用戶提供了一種有規律的淋浴感覺，但用水量比常規水量（10升/分鐘）少48%。除了可以節約用水，優化水壓和水滴大小來提高舒適度也很重要。Particleworks就可以用于這些評估。

在這種花灑結構中，葉輪因水流轉動，轉動次數隨流速而變化。由于Particleworks本身只提供恒定的旋轉速度，與水流無關，因此我們采用多體動力學仿真軟件RecurDyn進行耦合仿真，確定穩定的旋轉速度和旋轉變化的影響。

圖2-淋浴噴頭的模擬

流體行模擬的結果總體上良好，與測量值相比，它們符合LIXIL的指導方針。葉輪轉速開始逐漸升高，達到峰值后逐漸降低，最后趨于穩定。模擬得到的過渡狀態與實測值基本一致。關于淋浴噴頭的內部壓力，結果與實測值幾乎吻合。粒子的大小是用高速相機測量的，與計算值的差異也在公司的標準范圍內。總的來說，仿真結果良好，可以用于淋浴噴頭性能評估。

廚房水槽如果方便清潔，那么廚房的使用率將會大大提高。要做到這一點，污垢和廢物必須更易沖到水槽的底部，并有效地將其清除。

LIXIL新產品推出了“尼亞加拉水流設計”，水槽底部從左右邊緣向中心傾斜，防止水流擴散，并平穩地向下流動，從而水槽的任何角落均可實現有效排水。Particleworks可用于評估水槽新設計的有效性。廚房水槽的設計是在大量假設的基礎上進行測試評估的，包括如何沖洗殘渣。

在Particleworks模擬中，我們首先嘗試仿真有規律分布（等間隔放置）的殘渣流動行為，淋浴噴頭模擬是通過Particleworks與RecurDyn耦合來執行詳細的不同設置，與之不同的是這次是使用Particleworks函數來設置供水條件。

圖4：常規型（左）和尼亞加拉水流型（右）孔的水流模擬

• 最初模擬顯示

最初的模擬顯示，與測試相比，水流動得更快，排水量更多，擴散量更少，殘渣在不合規律地流動。因此，我們在一個簡單的水槽形狀上進行了試驗，將試驗結果與模擬結果結合，獲得合適的參數。在實際現象中，會有一層水膜滲透到殘渣下面并包圍它，使其流動性更強。

• Particleworks計算中

在Particleworks的計算中，粒子不像實際中那樣容易滲透到殘渣下面。該問題雖然可以通過粒子變小來解決，但也需要大量的計算。

• 縮短模擬時間

為了減少計算量，我們將模擬時間縮短到一天以內，并對粒子進行一定的放大。然而，這會導致一些與實際現象的差異。因此，我們幾次嘗試調整摩擦力參數來近似顆粒的行為。

• 摩擦力定義

對于摩擦力的定義，我們發現在RecurDyn中用多邊形設置殘渣量可以更容易調整參數，因此將Particleworks與RecurDyn耦合進行了仿真。其次，我們定義了摩擦力和顆粒形狀，防止殘渣在供水前移動，并通過調節摩擦力和平移速度建立了二者之間相互關系。

通過反復試驗，水擴散行為和殘渣量比第一次模擬得到了改善，經過進一步改善，仿真可以與實際測試進行相關比較。

• 反復試驗

這個模擬的最終結果還未得到，LIXIL將會繼續進行反復模擬。