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[转载]【作品分享】理工男巧用ANSYS Discovery避开装修大坑

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0楼发表于: 2018-10-11 16:57:46

【作品分享】理工男巧用ANSYS Discovery避开装修大坑

原创：唐灏 3D设计仿真分析

本作品出自福建联迪商用设备有限公司的信号完整性工程师唐灏之手，他毕业于桂林电子科技大学通信工程专业，平时工作主要和高频电磁场仿真有关。
近日，唐工家里装修遇到了一些问题，他巧用ANSYS Discovery，帮助缺乏流体仿真基础的自己，解决了装修中的一大难题。

1.>>>闻道有先后，术业有专攻<<<

正好现阶段我家在装修，所以我就把平面设计全权交给设计师，在经过一段时间的需求分析和设计后，设计师给出了这样一幅平面图。

，其中绿色线条代表门窗位置，红色箭头代表风向。在沟通图纸的过程中，有一个问题一直让我很纠结：厨房没有窗，油烟只能靠抽油烟机抽，但抽油烟机不可能吸尽所有油烟，跑出来的油烟会怎么扩散，会污染哪些地方？然后餐厅跟客厅连在一起，吃火锅的时候气味会不会被吸附在客厅的布沙发里。这些问题设计师都没法给我一个准确的答案，只会说都还好吧、差不多、别人也这样。

作为一名工程师，最不能接受的就是这种模棱两可的回答。既然设计师搞不定，那就自己来吧。出于职业习惯，我第一时间就想到了仿真。

但实际情况是自己第一次深入接触这个专业，流体力学的知识基本为零。而装修时间又非常紧迫，留给自学的时间非常少。那么，像我这种不专业的人如何才能做一个比较专业的仿真呢？这时选择一款可靠又简单的仿真软件就显得尤为关键了。

2.>>>工欲善其事，必先利其器<<<

然后我在网络上大概了解了几款主流的流体软件，发现了一个非常严重问题，就是上手都太难了，要控制如何画网格、设置仿真参数、边界条件，可以说单单画网格的技巧就够我学个大半年了。仿真界有句俗语叫garbage in，garbage out，对这个专业了解越深入，就越对这个专业产生敬畏感，就越不敢下手。由于时间紧迫，必须尽快确定平面图，正当我准备放弃的时候ANSYS推出了Discovery Live软件，符合我对傻瓜化的仿真软件的所有预期：

1、  建模直观。非常简单友好的建模方式，我只需要把设计师给我的CAD平面图导进来，删除一些不要的线条，并且将线框填充成面，面再拉升成体，就构成了家里面的墙面、柜子和大件家具。
2、  设置简单。我需要的就是傻瓜化的设置，不需要太多的专业知识，不用画网格，不用设置各种仿真参数，这样就避免了设置错误造成仿真结果错误。
3、  结果可靠。对于仿真软件，最重要的就是算得准不准。这个我们可以在ANSYS的官网看到其对精度的承诺。考虑到设置非常简单，输入参数极少，只要能满足对趋势的仿真已经足够。
4、  另外，最神奇的是Discovery Live可以实时看到仿真结果，就像在玩3D游戏，这样可以在与设计师、家人沟通的过程中，可以快速的调整验证新的想法，非常的直观和高效。

3.>>>仿真成果<<<

接下来看一下在作品制作过程中应用软件的具体操作：

首先是建模，先导入设计师给的平面图，然后将多余的线条删除，接着将简化后的闭合线框用填充功能形成一个平面，之后通过拉升功能将平面拉升成一个体，其他地方也类似，通过拉升不同的高度，并适当的挖空，调整颜色，最终建立3D模型，就我的使用情况来说，上手很快，基本上用个两遍就都会了，建模的过程非常顺畅。

其次是软件的设置，也是非常的简单，因为我家在整栋楼的中间，当其他户都关窗的情况下，气流只往我家流过，故在设置外壳时，就粗略的等效成图中的一个套筒结构，边界在我家的外墙壁。然后通过查阅气象数据，当地夏季的主流风向为窗户正对方向，平均风速为3m/s，然后调高仿真精度，这里要提一下的就是仿真精度的控制，仿真区域的大小（或者说外壳）跟细节存在一个比例关系，这个比例是由这个滑块来控制的，小于这个比例的细节会被忽略掉，实际现象就是精度不够时，门窗这个薄结构位置软件认为不存在，气流会直接流过。所以说要控制好场景与细节的比例关系。最后，是添加测试点。在得到仿真结果后，可以通过速度场来确定气流盲区，确定需要优化的区域，可以看到，我所担心的两个区域都是气流盲区。然后我通过放置粒子源来跟踪气味的扩散情况，并根据此情况来优化门窗的位置。此外，在仿真的过程中，可通过压力的二维图表来确认流场是否已经稳定。

实际上，在使用了Discovery Live后，我可以更为直观的与设计师、以及我的家人沟通，期间我跟设计师多次进行沟通，快速验证对比了3个大版本的平面图，确定了最优的自然通风情况，最大化的避免了空气死角。

通过速度场确定气流盲区

通过粒子跟踪气味扩散情况

通过图表确认流场是否已经稳定

另外，针对定稿的平面图，使用粒子来追踪厨房灶台、餐厅火锅油烟 ..

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