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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如...
2020 - 09 - 02
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1709字,阅读时间预计6分钟编者按作者利用ANSYS Icepak和SIwave的双向耦合技术,分析了PCB的布线导热率分布、铜线焦耳热及其温度对导热率的影响,以此得到与真实情况最为相近的结果,用于评估发热问题。此方法可为企业设计与生产节约大量的时间及产品成本。印刷电路板(Printed Circuit Boards,以下简称PCB)是由绝缘介质(...
2020 - 08 - 26
作者:李桂花  安世亚太结构应用工程师本文共计422字,阅读时间预计2分钟编者按作者利用ANSYS单元的生死功能,通过修改单元刚度的方式,模拟出牛郎织女七夕节鹊桥相会的场景,让仿真充满生活气息,趣味十足。今天教大家用ANSYS单元生死技术做一个高端大气上档次的鹊桥相会。操作步骤第一步:建模模型很简单,一座拱桥,两颗爱心。第二步,画网格选择插入method,选择Body Fitted Ca...
2020 - 08 - 19
作者:谢文丽 上海安世亚太流体应用工程师本文共计2074字,阅读时间预计7分钟编者按作者使用工艺尺寸链计算软件——PDCC,一键计算,高效准确,解决了传统计算方式难以解决的问题,在生产阶段大幅度提高了工作效率。工艺尺寸是根据加工条件,在工艺规程中给出的尺寸,是为了保证零件图纸的尺寸而设计的。如果工艺尺寸设计不合理会直接导致零件加工不合格,因此对于复杂的轴类及箱体类零件、易变性零件等而言,保证工艺尺...

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新冠病毒扩散仿真STEPS
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新冠病毒扩散仿真STEPS

介绍

作者:赵亚  安世亚太行业应用专家

本文共计1689字,阅读时间预计5分钟


编者按

作者将CFD/DPM 与STEPS技术相结合,构建案例的假设场景,实现对新冠病毒气溶胶传播路径的仿真模拟测试,借此抛砖引玉,启发更广泛的思考与交流


截止至北京时间8月5日上午10时,全球累计新冠肺炎确诊病例已超1869万,死亡病例逾70万。

医学研究发现,非典型性肺炎(SARS)、H5N1禽流感、H1N1猪流感以及COVID-19新冠肺炎四种不同的病毒,却有着共同的传播载体——气溶胶

什么是气溶胶

气溶胶是指悬浮在空气中的固、液微粒或固液混合微粒,是一种稳定的扩散体系。

气溶胶尺寸

气溶胶尺寸一般在0.0001-100微米。

PM10和PM2.5尺寸分别是10微米和2.5微米。PM10颗粒人体可吸入,PM2.5颗粒能进入人体肺泡、参与血液循环。

■ 人体咳嗽和喷嚏产生的污染物属于生物源性气溶胶,直径一般为0.1-30微米。

生物源性气溶胶

生物源性气溶胶可造成人体免疫功能下降、过敏性哮喘、肺部病变、引发呼吸道传染病等。某些疾病,如流行性感冒、非典型性肺炎、禽流感以及新冠肺炎,以现有的医疗科技水平暂且无法根治

这些传染能力极强的病毒危害人类的生命安全,阻断社会经济的正常运转。


在上海,轨道交通是公共交通主要的出行方式之一。作为超大城市最普遍的交通工具之一,轨道交通具有人流密度大、运行时间长、里程远的特点。疫情的爆发引发人们的思考,在相对封闭的地铁空间内,如何避免人与人之间的互相传播与扩散?

主要污染物来源

轨道交通空间内部的污染物主要来自于乘客的呼吸、交谈、咳嗽以及喷嚏。

喷嚏的传播

人在打喷嚏时会释放更多的微生物体,喷嚏产生的飞沫在相当短的时间里,会迅速蒸发外层水分而成为飞沫核 。细菌和病毒能够以悬浮飞沫核为载体形成生物源性气溶胶,在人与人之间完成传播。

打喷嚏的喷发速度可以达到50m/s,传播距离远,扩散范围广。

新冠病毒扩散仿真STEPS


通过计算流体力学(CFD)软件Fluent人群运动软件STEPS(Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements)联合仿真模拟,可以对轨道交通内COVID-19病毒携带者打喷嚏时产生的一系列连锁反应进行针对性的研究,如气溶胶的运动、扩散、浓度分布以及感染人群等等。

解决方案

气溶胶属于多相流流体力学范畴,在空气中的运动与扩散属于离散流体流动,受空气湍流、环境热辐射以及颗粒间作用力影响。

本式例采用离散颗粒群轨迹模型DPM模拟喷嚏气溶胶与空气的相间耦合流动,采用k-ω SST模型模拟空气的湍流运动,以Coupled方法进行压力-速度耦合计算,最后与STEPS联合仿真,构建轨道交通内生物源性气溶胶扩散及感染人群的数值模拟解决方案。

具体操作

假设喷嚏气溶胶为球形颗粒,直径1.5-8.5微米,密度1100kg/m3,温度310K,质量流率1 x e-10 kg/s,空气密度为1.2kg/m3,主要受到重力、拖曳力和布朗力的作用。


新冠病毒扩散仿真STEPS

仿真结果

喷嚏气溶胶自喷射后,向各个方向扩散,其传播距离、扩散范围与喷射速度成正比关系,速度越大,传播距离越远,扩散范围越大。

■ 从颗粒物质量浓度图可以看出气溶胶颗粒污染物从人的口腔飞出后,在人的口腔附近有较小的密集分布,在人体前1.0m处基本向前下方运动,而气溶胶颗粒随气流运动

仿真意义

CFD/DPM与STEPS的联合仿真能够直观的显示病毒气溶胶在人群中的扩散路径。

瞬时浓度、累计浓度可以作为公共卫生安全风险示警的指标参数,用以帮助评估、优化轨道交通空间内部的通风设计对喷嚏气溶胶扩散的控制效果,当遭遇COVID-19病毒携带者传染的紧急情况时,能够提供疑似病源的临时安置建议。

新冠病毒扩散仿真STEPS


同时,还可以将CFD、STEPS的联合仿真模拟与建筑信息化BIM模型相结合,进行城市公共卫生安全以及人群疏散的设计与优化

ANSYS CFD Fluent

可以精确模拟空气流动,有毒气体、生化病毒以及气溶胶污染物的扩散分布,计算建筑内外的空气龄、空气洁净度以及HVAC能耗等。

STEPS

结合人群的心理学和行为学特征,考虑了人的主观(耐性、家庭观念、群体组成、避让病患等)和客观(身高腿长、年龄、性别、健康等)特性,可自定义人群运动特征和移动规律。

建筑信息模型(BIM)

通过数字信息仿真建筑实体模型的工具和手段,打通了建筑全生命周期的各个阶段,可以在设计阶段就考虑公共卫生安全这个重要因素,对公共卫生安全的合理设计能有效降低病毒传染扩散。

三种工具结合使用,将极大地保证公共卫生安全设计的便利和可靠。

新冠病毒扩散仿真STEPS

新冠病毒正在改变我们的世界,反之,我们看待世界的方式也在发生改变,更多新的科学技术应用也在不断涌现。以此为契机,特别构建此案例的假设场景,希望能对大家起到参考的意义。如果有具体的、多样的实际应用场景,欢迎与我们交流讨论。最后,向国内外全体抗疫工作者们致敬!


小编提醒


为了自身的健康安全和社会经济的正常稳定,搭乘公共轨道交通时务必带好口罩!


*本文版权归上海安世亚太所有,

如需转载,请与我们联系。


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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为偏远地区配制一套过滤系统以提供洁净的饮用水,工程师都需要考虑液体、固体和气体之间的相互作用。在这些不尽相同的多相流应用中,每一种仿真都需要不同的建模方法。40多年来,ANSYS开发了可以精确模拟多相流的仿真工具,已经被广泛运用在各个工业领域,以预测产品性能。精确的多相流仿真依赖于精确的物理模型精确的多相流模拟依赖于各相之间的机械、热和化学相互作用的精确预测,但是观测这些物理过程成本高昂甚至会遇到难以观测的问题。现在,工程师可以依靠多相流建模与仿真技术,深入了解并掌握提高效率、产量、安全性、可靠性的要素。■ 多相流模拟可以展现随地点位置变化的流型状态。例如,油气井底的流型可能完全是单相液体,但随着高度升高,气泡逐渐生成,流型会过渡到多相状态。因此在此类物理过程中,在不同的地点位置需要设置不同的多相流模型。■ 多相流模拟比单相流模拟的难度更高。完整描述多相流需要求解每一相的质量、动量和能量方程以及各相之间的相互作用。由于物理现象的多样性和多种流型同时存在的可能性,各相之间的合理模拟变得至关重要。▲ 油气井底部可能完全充满液体,但在上升过程中,压力下降,由于溶解气体析出,流型将过渡到气泡流。油气井仿真需要多种多相流模型精确的模拟不同井深处的特殊流型。自由表面流自由表面流包括两种或更多种不混溶的流体,每种流体被假定为在大部分流域具有连续性特征。每种流体有明显可识别的流动...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。■ 处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。Flownex软件简介Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用。■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如果模具的速度加载更快,那就意味着同样的时间范围内,可以生产出更多产品,经济效益就会更好。但是模具加载速度越快,对模具的承载要求也就越高。本文对一简单球型拉伸模进行不同速度的加载,来测试模具承受的等效应力。模具工况图-1 模具图■ 采用有限元对模具应力仿真,为了考虑到整个模具,此处对凸模和凹模分别进行分析。■ 另外,拉伸件是对称件,仅采用1/4模型进行模拟,对称边采用约束定义。■ 本次模拟采用Lagrangian incremental法,仅考虑Deformation,模拟步数为6,1步保存1次,进行模具静力分析。■ 在DEFROM中,冲压成形工艺。如果考虑模具受力问题,把模具设置为柔性件,不仅需要设置材料,而且需要进行网格划分。■ 但是此处不需要考虑板料变形,因前面已经分析了板料成形问题(即分别在冲压速度为10、50、100mm/s的情况下进行仿真分析),其计算结果的加载力如图-2所示。图-2 不同速度下凸、凹模加载力模具材料类型采用弹性模型,温度设置为20°C,材料采用Cr12,即AISI D3钢,密度为7.8e-9mm3/kg,杨氏模量为206754MPa,泊松比为0.3。材料曲线如图-3所示:材料曲线描述了不同加载速度下,考虑应变率效应,对不同应变率下参数的调整。此曲线仅供参考。图-3 Cr12材料曲线利用DEFORM前处理中...
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