AVL PreonLab CAE軟體 在洗碗機的設計中能做到?

工程師可以透過 CFD 模擬分析和優化洗碗機設計的許多方面，包括：

優化噴嘴：

了解改變噴嘴幾何參數（尺寸、形狀、位置、數量）對整體噴霧效果的影響，以確保最佳的水分佈和清潔效率。

改進洗碗籃和架子設計：

通過有效利用內部空間來提高洗碗機的容量，例如改變洗碗籃的設計以增加餐具容納量，並優化其放置位置以增加洗碗架的總數。

分析葉輪和管道系統中的流體流動：

模擬洗碗機內部組件（如葉輪和管道系統）中的流體流動，以提取有關流體量、速度以及不同運行條件下這些組件內流體所施加的力的資訊。

優化餐具排列：

從客戶的角度來看，了解洗碗機內餐具的最佳排列方式，以確保常用餐具的最佳清潔效果。製造商可以通過模擬獲得這些資訊，並向客戶提供最佳實踐建議。

SPH和PreonLab的特別優勢是什麼？

• PreonLab CAE軟體 是一款領先的基於粒子的模擬工具，其基於平滑粒子 流體動力學（SPH）方法的PREON®技術，特別適用於涉及自由表面流動的模擬。
• 無網格特性：
  PreonLab的無網格特性消除了在每次設計變更迭代後對複雜幾何體進行網格劃分的需要，從而節省了大量時間和精力。
• 一體化工具：
  PreonLab是一個一體化工具，可以處理從幾何體導入到模擬設置、後處理和渲染的所有模擬方面。
• 高性能：
  PreonLab支持CPU和多GPU上的模擬，以確保最佳的模擬性能。其獨特的隱式公式增加了SPH的固有性能優勢，並允許使用較大的時間步長（CFL 1）進行模擬，而不會影響穩定性。
• Python API（PreonPy）：
  PreonLab配備了基於Python的API（PreonPy），允許用戶加載和保存場景、更改屬性、運行模擬和獲取統計資訊，這對於創建多個模擬變體非常有用，由於操作條件、噴嘴幾何形狀、噴臂運動學、流體特性或餐具和碗碟架佈置的變化，創建多個模擬變體可能是必要的。

AVL PreonLab CAE軟體 中的模擬和後處理

• 洗碗機模擬：
AVL PreonLab 可以進行單相和多相模擬，以分析水流和污垢去除。

影片 1 展示了 PreonLab 中單相模擬的一個範例。代表水的流體粒子從噴臂噴嘴噴出，並將水噴灑在固體餐具上。模擬結果使用內建的 PreonRenderer 渲染。

此外，還可以進行多相模擬來分析污垢去除。可以利用牛頓和非牛頓材料特性來模擬餐具上的食物殘渣，並研究洗碗機的清潔效率。

影片 2 展示了模擬中水刀如何清除沉積在某些盤子上的番茄醬狀和南瓜湯狀殘留物的範例。

• 可以獲得哪些見解？

• 濕潤感測器：用於分析噴嘴形狀和方向對水分佈的影響。

• 剛體求解器：模擬噴臂與水之間的相互作用。

• 濕潤感測器和力感測器：用於分析餐具的濕潤程度和剪切力分佈，以確保清潔效率和避免損壞。

• 水坑形成：預測餐具中殘留的液體量，並優化籃子設計或餐具放置。

• 共軛熱傳遞（CHT）：分析清洗過程的熱力學，例如熱水射流對餐具的溫度影響。

  總結  

AVL PreonLab CAE軟體的廣泛模擬和後處理功能使其能夠分析和優化洗碗機設計和清潔效率的各個方面。其高效的求解器程式碼、無網格要求、多平台支持和便捷的Python API（PreonPy）加速了模擬工作流程，並允許用戶快速模擬各種設計和操作條件。

星恆擁有可靠的技術與人才，有任何相關問題都歡迎來信或來電討論指教，幫您量身打造符合需求的解決方案。

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AVL Preonlab 的優勢

AVL Preonlab 是一款無網格的 CFD 分析工具，不受限於複雜的前處理過程、或是移動網格的生成手法，對於涉及複雜幾何與動態過程的模擬具有先天的優勢，重要功能特色有以下幾點：

◆ 連續粒子尺寸設置 (Continuous Particle Size, CPS)

◆ 壁面粒子細化功能

◆ 基於 Keyframe 功能的運動規律定義

◆ 通過後處理傳感器 (sensor) ，進行受力、液體分佈、濕壁位置等分析

◆ 基於 Preonlab 的 python API：PreonPy，提升建模與後處理的效率

◆ Preonlab 可以輸出真實感的渲染效果動畫

Advantages of Using PreonLab

PreonLab is a meshless CFD analysis tool that avoids the complexities of traditional preprocessing or the generation of moving meshes. It is particularly advantageous for simulating scenarios involving complex geometries and dynamic processes. Key features include:

◆ Continuous Particle Size (CPS): Enables flexible particle size configurations for enhanced simulation accuracy.

◆ Wall Particle Refinement: Allows detailed resolution near walls for more precise results.

◆ Keyframe-Based Motion Definition: Facilitates the intuitive setup of motion patterns.

◆ Post-Processing Sensors: Analyze forces, liquid distribution, and wet wall locations using embedded sensors.

◆ Python API (PreonPy): Boosts modeling and post-processing efficiency with scripting capabilities.

◆ Realistic Rendering Animations: Outputs high-quality, realistic animations for better visualization.

AVL PreonLab的運作方式

與傳統的計算 流體動力學 ( CFD ) 不同，PreonLab 的模擬採用無網格技術。這不僅簡化了模型的建立過程，也在模擬牛頓流體和非牛頓流體時提供了快速且高效的處理時間。不論您是進行趨勢分析還是尋求精準的預測，PreonLab 都能滿足需求。

在軟體開發過程中，易用性一直是特別重要的考量。因此，PreonLab 被設計成讓每位用戶只需稍加培訓便能直覺地應用於日常工作中。

How PreonLab Works
In contrast to classical CFD , the simulations in PreonLab are meshless. This not only simplifies model creation. It gives you short and powerful turnaround times when simulating Newtonian and non-Newtonian fluids. Regardless of whether you want trend analysis or precise predictions.

Ease of use was and still is particularly important in the development of the software. Thus, it was designed so that every user can use it intuitively in his daily work with a little training.

The goal has always been: to make development as efficient as possible without compromising on the quality of the results.

• 延伸閱讀
  • 電泳優化 (下)
  • 電泳優化 (上)
  • PreonLab光滑粒子分析 CPS與自適應細化功能應用
  • AVL PreonLab 5.1 Release
  • AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術
  • 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用
  • 新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析

這篇文章 從噴嘴到排水系統：PreonLab助力洗碗機全流程設計模擬 最早出現於 星恆科技有限公司。

不同的 結構 材質擁有不同的 熱傳導 系數，組成兩層以上的牆，以下稱為複合結構牆。

圖1為一面三層的複合結構牆，並假設整面牆均勻加熱，溫度變化只存在於法線方向，當結構牆達穩態時，溫度分布僅取決於壁厚，每一層 結構 因不同 熱傳導 系數導致溫度梯度(斜率)不同，圖1中紅線為溫度分布結果。

在穩態中，熱通量已知為：

重新排列後：

其中：

Q 熱通量

Τ₁ to Τ₄ 不同結構層交界面的溫度

χ₁ to χ₄ 不同結構層的厚度

κ₁ to κ₄ 不同結構層的熱傳導係數

A 邊界的表面積

使用者可以在壁面上設定熱通量或溫度做為邊界條件。在 PreonLab 中，當牆面有兩層以上時至少需要兩個求解器，同時交互求解共軛熱傳模型(CHT, Conjugate Heat Transfer)。

5個案例由簡單至複雜，表面積A皆為1平方公尺，結果以百分比型式的相對誤差呈現。

案例1 單層牆面

依照方程式(1)，熱通量為：

其中：

κ₁ = 1Wm^-1κ^-1

χ₁ = 1m

Τ₁ = 10℃

Τ₂ = 0℃

熱通量理論值為10 W/m²，且隨著法線方向的溫度分布為：

在 PreonLab 中，使用粒子大小20mm之熱通量Q₁計算結果為10.07 W/m²(0.7%)。

圖三中包括溫度分布結果與比對圖。

案例2 兩層牆面相同材質

增加一層相同材質的結構，以測試最簡單的CHT多求解器。

熱通量為：

其中：

κ₁ =  κ₂ = 1Wm^-1κ^-1

χ₁ = χ₂ = 0.5m

Τ₁ = 10℃

Τ₃ = 0℃

在交界面上的溫度可視為：

熱通量理論值為10 W/m²，且Τ₂ = 5℃。於PreonLab中，第一層牆面的左側是使用流體求解器，右側則使用結構求解器，使用粒子大小20mm的計算結果為：

Q₁ = 10.05W/m² (0.5%)

Q₂ = 9.24W/m² (-7.6%)

Τ₂ = 4.87℃ (-2.6%)

 PreonLab 也接受在不同求解器中設定不同的顆粒大小，以下為左側25mm，右側50mm的計算結果：

案例3 兩層牆面兩種材質

邊界條件為：

χ₁ = χ₂ = 0.5m

Τ₁ = 10℃

Τ₃ = 0℃

κ₁ = 1Wm^-1κ^-1

方程式(5)與(6)可以用來計算熱通量與溫度，其中溫度分布可以表示為：

下表列出不同 熱傳導 系數或粒子大小對應的計算結果：

圖八顯示當為不同 熱傳導 系數時的結果(4, 10, 100)，符合高熱傳導系數導致交接面溫度較低的趨勢。

案例4 單層結構與熱通量邊界

將固定溫度邊界改為固定熱通量邊界。

依照方程式(3)獲得溫度結果：

其中：

κ₁ = 1Wm^-1κ^-1

χ₁ = 1m

Τ₂ = 0℃

Q = 10W/m²

依上述邊界可獲得解析溫度結果Τ₁ = 10℃。在 PreonLab 中，以顆粒大小20mm計算可得左側溫度結果為9.91(-0.9%)。

溫度分布結果與對比圖請參考圖十。

案例5 雙層結構、不同材質與熱通量邊界

將 結構 增加到雙層，並擁有不同的 熱傳導 系數，使用熱通量做為邊界條件進行計算對比。

依照方程式(5)獲得溫度結果：

其中：

κ₁ = 1Wm^-1κ^-1

κ₂ = 10Wm^-1κ^-1

χ₁ = χ₂ = 0.5m

Τ₃ = 0℃

Q₁ = 18.2W/m²

結構左側的解析溫度為10℃，在 PreonLab 中，以顆粒大小20mm計算可得左側溫度結果為9.96(-0.4%)。

溫度分布結果與對比圖請參考圖十二。

結論

根據反覆的驗證與測試， PreonLab 針對複合結構牆的求解器可以獲得良好的結果，其中包含共軛熱傳分析，不同顆粒大小的材質也不會影響求解，更能準確的支援溫度邊界與熱通量邊界。

因此我們可以說 PreonLab 計算多種 結構 材質之間的 熱傳導 是有效且精確的 。

參考文獻

[1] Lewis, R. W., Nithiarasu, P., and Seetharamu, K. N., Fundamentals of the finite element method for heat and fluid flow. 2004, John Wiley & Sons.

PreonLab 本文更多說明可參考

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