英文原文由Chiaki Miyazawa和Akiko Kondoh著。

淋浴噴頭的模擬

圖1- Ecful shower -紅色葉輪高速旋轉(zhuǎn)，堵塞一半淋浴孔

LIXIL的“Ecful shower”淋浴頭產(chǎn)品（圖1）工作時(shí)，淋浴頭中的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，堵塞一半的淋浴孔，這種機(jī)制增加了淋浴噴頭內(nèi)部的壓力，為用戶提供了一種有規(guī)律的淋浴感覺，但用水量比常規(guī)水量（10升/分鐘）少48%。除了可以節(jié)約用水，優(yōu)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(píng)估。

在這種花灑結(jié)構(gòu)中，葉輪因水流轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)隨流速而變化。由于Particleworks本身只提供恒定的旋轉(zhuǎn)速度，與水流無關(guān)，因此我們采用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn進(jìn)行耦合仿真，確定穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)變化的影響。

圖2-淋浴噴頭的模擬

流體行模擬的結(jié)果總體上良好，與測(cè)量值相比，它們符合LIXIL的指導(dǎo)方針。葉輪轉(zhuǎn)速開始逐漸升高，達(dá)到峰值后逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。模擬得到的過渡狀態(tài)與實(shí)測(cè)值基本一致。關(guān)于淋浴噴頭的內(nèi)部壓力，結(jié)果與實(shí)測(cè)值幾乎吻合。粒子的大小是用高速相機(jī)測(cè)量的，與計(jì)算值的差異也在公司的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。總的來說，仿真結(jié)果良好，可以用于淋浴噴頭性能評(píng)估。

模擬廚房洗滌槽的污水沖洗

廚房水槽如果方便清潔，那么廚房的使用率將會(huì)大大提高。要做到這一點(diǎn)，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(chǎn)品推出了“尼亞加拉水流設(shè)計(jì)”，水槽底部從左右邊緣向中心傾斜，防止水流擴(kuò)散，并平穩(wěn)地向下流動(dòng)，從而水槽的任何角落均可實(shí)現(xiàn)有效排水。Particleworks可用于評(píng)估水槽新設(shè)計(jì)的有效性。廚房水槽的設(shè)計(jì)是在大量假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試評(píng)估的，包括如何沖洗殘?jiān)?/p>

在Particleworks模擬中，我們首先嘗試仿真有規(guī)律分布（等間隔放置）的殘?jiān)鲃?dòng)行為，淋浴噴頭模擬是通過Particleworks與RecurDyn耦合來執(zhí)行詳細(xì)的不同設(shè)置，與之不同的是這次是使用Particleworks函數(shù)來設(shè)置供水條件。

圖4：常規(guī)型（左）和尼亞加拉水流型（右）孔的水流模擬

最初的模擬顯示，與測(cè)試相比，水流動(dòng)得更快，排水量更多，擴(kuò)散量更少，殘?jiān)诓缓弦?guī)律地流動(dòng)。因此，我們?cè)谝粋€(gè)簡單的水槽形狀上進(jìn)行了試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果結(jié)合，獲得合適的參數(shù)。在實(shí)際現(xiàn)象中，會(huì)有一層水膜滲透到殘?jiān)旅娌鼑蛊淞鲃?dòng)性更強(qiáng)。

在Particleworks的計(jì)算中，粒子不像實(shí)際中那樣容易滲透到殘?jiān)旅妗Ｔ搯栴}雖然可以通過粒子變小來解決，但也需要大量的計(jì)算。

為了減少計(jì)算量，我們將模擬時(shí)間縮短到一天以內(nèi)，并對(duì)粒子進(jìn)行一定的放大。然而，這會(huì)導(dǎo)致一些與實(shí)際現(xiàn)象的差異。因此，我們幾次嘗試調(diào)整摩擦力參數(shù)來近似顆粒的行為。

對(duì)于摩擦力的定義，我們發(fā)現(xiàn)在RecurDyn中用多邊形設(shè)置殘?jiān)靠梢愿菀渍{(diào)整參數(shù)，因此將Particleworks與RecurDyn耦合進(jìn)行了仿真。其次，我們定義了摩擦力和顆粒形狀，防止殘?jiān)诠┧耙苿?dòng)，并通過調(diào)節(jié)摩擦力和平移速度建立了二者之間相互關(guān)系。

通過反復(fù)試驗(yàn)，水?dāng)U散行為和殘?jiān)勘鹊谝淮文M得到了改善，經(jīng)過進(jìn)一步改善，仿真可以與實(shí)際測(cè)試進(jìn)行相關(guān)比較。

這個(gè)模擬的最終結(jié)果還未得到，LIXIL將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行反復(fù)模擬。