Katten är trimmad, kaffepannan är förberedd och kvasten är vaxad. Påsken är snart här och påskkärringarna har börjat röra sig redo för sin färd mot Blåkulla igen, efter en tids uppehåll.
Men hur är det egentligen att flyga på en kvast i typisk häxmundering med klänning, förkläde, sjal? Och hur håller sig den relativt stora hatten kvar på huvudet? Hur påverkas luftmotståndet av häxans sittposition på kvasten?
Simulera din lutning
För att börja nysta i dessa frågor vänder vi oss självklart till möjligheterna med simulering!
Vi börjar med att rita upp en väldigt förenklad modell av en häxa sittandes upprätt på en kvast.
Vi gör även en modifierad variant där häxan antar en något mer framåtlutad position:
Utifrån dessa modeller vill vi studera luftflödet runt häxan och se hur luftmotståndskoefficienten skiljer sig mellan de två olika sittpositionerna. Luftmotståndskoefficienten beskriver strömningsmotståndet hos en kropp och används ofta för att modellera den komplexa tryckfördelningen och fördelningen av friktionskrafter som uppstår på en kropp.
Framförallt inom flyg- och fordonsindustrin där målet är att få så lågt luftmotståndskoefficienten som möjligt.
Luftmotståndskoefficienten kan beskrivas med ekvationen här bredvid.
är den totala kraften i flödesriktningen som verkar på en kropp med arean A.
ρ är densiteten och U är hastigheten.
Välj din kvast med omsorg!
Arean på häxan beräknar vi utifrån CAD-modellen, densiteten på luften antar vi vara 1,204 kg/m3 och när det gäller hastigheten så är vi inga experter på kvastskaftsprestanda, men mugglare till trots så vet vi att i Harry Potter-världen så kan en utav de snabbaste kvastskaften, Åskviggen, kan komma upp i hastigheter på 240 km/h(!) medans en utav de billigare varianterna som familjen Weasley oftast innehar, Rensopare, kommer upp i ca 100 km/h.
Efter en kort intervju med vår påskkärring så vet vi att hon inte har uppgraderat sin kvast på ett tag och reser i lugnare tempo på en modell motsvarande Rensopare. Därav så kan vi anta hastigheten, U, till 30 m/s (~108 km/h).
För att få ut den totala kraften, , kan vi simulera häxans färd med hjälp av t.ex. Simcenter FloEFD som är ett lättanvänt flödessimuleringsverktyg från Siemens, anpassat framförallt för konstruktörer eller andra personer som inte innehar expertkompetens inom flödessimulering. Simcenter FloEFD är ett simuleringsverktyg som kan bäddas in i flera olika CAD-system såsom NX, Solid Edge, Creo och Catia.
Vi väljer att göra denna undersökning i Simcenter FloEFD för NX och det första vi bör fundera på är vilka effekter vi behöver fånga upp.
Vi utgår ifrån att häxan kommer ha en konstant hastighet och att det är väldigt lite vind under skärtorsdagen. Därav så kan vi förenkla undersökningen genom att köra en så kallad Steady State analys.
Vi kan också anta att kompressabiliteten i luften kan försummas då häxan har en relativt låg hastighet (< 300 km/h). Med det antaget kan vi skapa upp de två analyserna.
Trollkonst i FloEFD
För att få fram värdet på luftmotståndskoefficienten skapar vi upp något som kallas för mål (Goals) i FloEFD. Ett ytmål (Surface Goal) för att få resultatet för den totala kraften, , som verkar på häxan. Samt ett beräknat mål (Equation Goal) där vi matar in ekvationen för luftmotståndskoefficienten med våra värden för i arean, densiteten och hastigheten.
Som icke-flödessimuleringsexpert väljer vi också att nyttja möjligheterna i FloEFD med att få vår mesh automatiskt förfinad där det behövs, under tiden simuleringen beräknas.
Upprätt sittposition
Bilden ovan visar lufthastigheten runt häxan. Man ser även hur den automatiska meshförfiningen har hjälpt oss att få en bättre meshstorlek där det verkligen behövs, framförallt nära ytan av häxan och i området efter häxan, där det är regioner av stora skillnader i lufthastigheten.
Resultatet på luftmotståndskoefficienten då häxan sitter upprätt blev 0.99 vilket känns rimligt då en normal människa ståendes rakt upp brukar vara kring 1.0. Väldigt strömlinjeformade produktionsbilar kan t.ex. vara runt 0.20 – 0.30.
Framåtlutad position
För fallet då häxan är något mer framåtlutad visar simuleringen på att luftmotståndskoefficienten hamnar på 0.89 vilket är ca 10% lägre än då hon sitter upprätt.
Som tur är så går nog inte häxans kvastskaft på vårt typiska bränsle såsom bensin och diesel, men hade den gjort det med dagens klimatproblem och energipriser så skulle vår rekommendation vara att se till att hålla er framåtlutad, både på kvasten men även i utvecklingen av digitala lösningar såsom simulering!!
Glad påsk önskar vi på Ditwin
Nyfiken att läsa lite mer om simulering i påsk?
Här har vi samlat lite tips:
𝗡𝗬𝗛𝗘𝗧! Simuleringstjänster, från idé till mål!
Vi tagit fram ett tjänstepaket inom simulering som du kan ta del av oavsett hur långt ni internt har kommit inom simulering. Nybörjare och nyfiken, eller kunnig och vill ha coaching på avancerad nivå? Vi…
Webinar- Flödessimulering för dig som är konstruktör
Vill du få bättre kontroll på vätskeflödet eller värmeöverföringen i era produkter utan att behöva vara expert inom flödesdynamik? Då är detta webbinar som gjort för dig! VISA WEBBINARIET Kostnaden för varje konstruktionsändring ökar i…
Simcenter 3D 2021.1 Vi guidar dig genom senaste uppdateringen!
I den senaste versionen, 2021.1, fortsätter Simcenter 3D att förbättra sin kraftfulla enhetliga och öppna plattform för alla simuleringsdiscipliner. Genom hjälpa användarna att öka värdet av de fördelar som simulering ger när det gäller att…
