Csúcskategóriás hűtőszekrények hatékonyabb hőcserélőjének fejlesztéséhez mérnökök valósághűen modellezték a por, haj, szálas anyagok és egyéb releváns szennyeződések áramlását és lerakódását a hűtőbordákon. Az itt felgyülemlett szennyeződés jelentősen befolyásolhatja a készülék teljesítményét. (1.ábra)

Az Ansys Rocky DEM (Diszkrét Elem Módszer) és az áramlástani szimuláció kombinálásával betekintést kapunk egy adott felületen, geometrián belüli porszemcsék viselkedésének leírásához, megértéséhez. Fő feladatként volt adott körülményekhez tervezni olyan hűtőszekrény hőcserélőt,

amelyben a lehető legkisebb a szennyeződés felhalmozódása.

Módszer

A levegő szennyeződéseinek a hőcserélőn való lerakódásának vizsgálata első lépéseként meghatározzuk és ábrázoljuk a releváns levegőben lévő anyagokat, amelyeket összefoglalóan szennyezőanyagnak nevezünk. A kutatócsoport eleinte CFD-t használt egyszerű gömb alakú porszemcsék modellezésére egy légáramban, azonban ez a szennyeződések egészének nem teljes értékű modellezése. Hogy a vizsgálat reprezentatív legyen, hosszúkás, szálas anyagokat is kell tartalmazzon, például pamutot, gyapjút, hajat…stb. Ezen anyagok szimulációjához DEM módszerre van szükség – jelen esetben az Ansys Rocky, amely pontos részecskeleírást és a viselkedés modellezését teszi lehetővé reális projektidőn belül. A DEM információt szolgáltat a részecskék lerakódására, a részecskékre ható folyadék-, közegellenállási- és az adhéziós erőkre vonatkozóan is, figyelembe véve a hőcserélő kialakításának a részecskék viselkedésére gyakorolt hatását. A kondenzátorokon felhalmozódó szennyeződések kísérleti vizsgálata költséges és mindenképp időigényes.

A CFD és DEM összekapcsolásával gyors betekintést nyerünk a szennyeződések felhalmozódása mögötti mechanizmusba, ezzel támogatva egy robusztusabb hőcserélő tervezését.

Eredmények

Az Ansys Rocky eredményei egyikeként a 2. ábrán láthatjuk a lerakódás jellegét. Piros színnel a por szennyeződést, kék színnel pedig a szálas anyagok felhalmozódását láthatjuk a hűtő bordákon. A szálas anyagok inkább a vezető éleken, míg a por felhalmozódása inkább a kis sebességű zónákban jelenik meg.

Szimulációs tapasztalat, hogy átlagos esetben CFD és DEM között egyirányú kapcsolás – csak az egyik megoldó küld a másik számára szükséges információt – elégséges. Kivéve, ha zsíros olajos lerakódások jelentkeznek, ebben az esetben a kétirányú kapcsolás indokolt. (3) (3)