Die Leistung von Geschirrspülern ist entscheidend für eine effiziente und gründliche Reinigung, insbesondere in modernen Haushalten und industriellen Anwendungen. Die Simulation der internen Wasserdynamik ermöglicht es den Ingenieuren, die Platzierung der Düsen, die Sprühmuster und die Durchflussmengen zu optimieren, um eine effektive Wasserbedeckung auf allen Geschirroberflächen zu gewährleisten. Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Reinigungseffizienz, sondern trägt auch zur Reduzierung des Wasser- und Energieverbrauchs bei. Mit shonDy können diese Optimierungen schnell und präzise durchgeführt werden, was es zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Entwicklung und Verbesserung von Geschirrspülsystemen macht.
Fallbeschreibung
Geometrie
Die Geometrie des Geschirrspülers basiert in diesem Fall auf einem öffentlich zugänglichen Entwurf von GrabCAD, der ein klassisches, älteres Modell darstellt. Obwohl sie nicht die neuesten Innovationen widerspiegelt, ist diese Geometrie ideal, um die Fähigkeiten von shonDy zu präsentieren. Seine Einfachheit verdeutlicht die Ansatzpunkte eines Optimierungsprozesses und wie shonDy Verbesserungen vorantreiben kann. Wichtige Funktionen wie die Optimierung des Sprüharms, die Wasserverteilung und die Benetzungsanalyse zeigen, wie shonDy schnelle und präzise Ergebnisse liefert.
Zusätzlich zur Grundgeometrie haben wir die Simulation durch mehrere Verbesserungen bereichert. Dazu gehören zwei zusätzliche Sprüharme im oberen Fach, eine Deckenbrause und ein überarbeiteter Geschirrspülerboden, der für ein besseres Wassermanagement sorgt. Natürlich wäre keine Spülmaschinensimulation ohne Geschirr vollständig, das strategisch platziert ist, um die Wasserabdeckung und die Reinigungseffizienz zu bewerten. Diese Ergänzungen zeigen, wie shonDy mit komplexen Konfigurationen umgeht und Erkenntnisse zur Optimierung liefert.
Simulations Setup
Die Simulation umfasst eine physikalische Gesamtlaufzeit von 17 Sekunden und bildet das Wechselsprühsystem des Geschirrspülers genau ab. Bei diesem Aufbau arbeitet der untere Sprüharm ausschließlich von 0 bis 10 Sekunden, während die oberen Sprüharme und die Deckensprühung von 10 bis 17 Sekunden übernehmen. Die Rotationsgeschwindigkeiten sind auf 45 U/min für die Sprüharme und 135 U/min für die Deckensprühung eingestellt, um realistische Betriebsbedingungen nachzubilden. Der Partikelradius der Flüssigkeitsteilchen wurde auf 0.4 mm festgelegt.
Handhabung von Einlässen und Auslässen
Einlässe - Unterer Sprüharm
Die Sprüharmdüsen werden mit 10 verschiedenen Einlässen modelliert, jeder mit einem Radius von 0,002 m. Die zentralen 8 Düsen sind in erster Linie nach oben gerichtet, mit einer leichten seitlichen Neigung, wobei ihre Winkel in der x-z-Ebene um ±6° variieren, um eine bessere Abdeckung zu erreichen.
Die beiden Randeinlässe haben spezielle Aufgaben:
- Eine ist nach oben und tangential zum Sprüharm ausgerichtet und simuliert die Düse, die den Rotationsimpuls erzeugt.
- Der andere ist nach oben und radial zum Sprüharm gerichtet.
Die Durchflussmenge der äußeren Düsen beträgt 3,65 l/min, während die mittleren Düsen 2,92 l/min liefern. Die Gesamtdurchflussmenge beträgt 30,6 l/min.
Einlässe - Oberer Sprüharm
Der obere Sprüharm verfügt ebenfalls über 10 Einlässe, deren Anordnung sich jedoch aufgrund der Konstruktion des Tragarms leicht unterscheidet. Außerdem sind sie stärker geneigt: Die beiden äußeren Düsen sind um 45° in Drehrichtung geneigt, während die mittleren Düsen abwechselnd um ±35° geneigt sind, was eine optimale Wasserverteilung und dynamische Abdeckung gewährleistet.
Die Impulsdüsen haben einen Durchfluss von 2,38 l/min, während die Zentraldüsen einen Durchfluss von 1,9 l/min haben. Zusammen erreichen diese Einlässe einen Gesamtdurchfluss von ca. 20 l/min und sorgen so für eine effiziente und effektive Bewässerung.
Einlass - Deckensprühstrahl
Der Deckensprühstrahl unterscheidet sich von den Sprüharmen durch sein Design. Anstelle mehrerer Düsen verfügt er über einen einzigen großen Einlass mit einem Radius von 0,01 m. Die Wasserverteilung erfolgt über eine rotierende physikalische Geometrie, die mit 135 Umdrehungen pro Minute arbeitet. Die Durchflussmenge des Deckensprühstrahls ist auf 7 l/min eingestellt und sorgt für ein gezieltes und effizientes Sprühbild. (Siehe Abbildung unten für eine visuelle Darstellung.)
Auslass
Unter dem unteren Sprüharm befindet sich ein Auslass, um Flüssigkeitspartikel zu entfernen, die nicht mehr Teil des Spülvorgangs sind. Sein Hauptzweck besteht darin, die Gesamtzahl der Flüssigkeitspartikel in der Simulation zu begrenzen, um einen effizienteren und überschaubareren Berechnungsprozess zu gewährleisten.
Ergebnisse
Bedeckungsrate als Effizienzmaßstab
Um die Effizienz des Geschirrspülers zu quantifizieren, wurde die Bedeckungsrate des Geschirrs in bestimmten Zeitschritten (10 Sekunden und 15 Sekunden) während der Simulation bewertet. Die Bilder unten zeigen die zeitlich gemittelte Bedeckungsrate über einen Zeitraum von 5 Sekunden sowohl für die obere als auch für die untere Ebene. Diese Kennzahl liefert wertvolle Erkenntnisse über die Wirksamkeit der Wasserverteilung und die Gründlichkeit der Reinigung. Mit anderen Worten: Eine durchschnittliche Bedeckungsrate von 50 % bedeutet, dass das Geschirr im Durchschnitt 50 % der Zeit mit Wasser in Berührung kommt.
Ergebnisse nach 10 Sekunden
In den ersten 10 Sekunden ist nur der untere Sprüharm aktiv. Dies spiegelt sich in der Abdeckung wider, wobei das untere Abteil viel besser benetzt ist als das obere. Dies zeigt deutlich, dass die alleinige Verwendung eines unteren Sprüharms, wie in der ursprünglichen Geometrie vorgeschlagen, für eine optimale Reinigung nicht ausreichen würde. Aber auch im unteren Bereich sind mehrere Bereiche entweder nicht oder nur unzureichend benetzt. Dies deutet auf eine suboptimale Flüssigkeitsverteilung hin. Mögliche Gründe hierfür können sein, dass der untere Sprüharm zu klein ist, das untere Gestell zu nahe am Sprüharm positioniert ist oder die Anzahl der Düsen nicht ausreicht oder nicht optimal positioniert ist.
Ergebnisse nach 15 Sekunden
Die Ergebnisse nach 15 Sekunden sind unten dargestellt. Während dieser Zeit sind nur die oberen Düsen aktiv. Wie erwartet, verbessert sich die Verteilung im oberen Bereich, aber insgesamt sind die Veränderungen minimal. Das obere Abteil ist nun besser befeuchtet, aber es bestehen weiterhin ähnliche Probleme, wie sie zuvor festgestellt wurden. Es gibt immer noch Bereiche mit unzureichender Flüssigkeitsabdeckung, was darauf hindeutet, dass die Wasserverteilung nicht optimal ist.
Wasser im Geschirrspüler
Wie man sieht, sind nie mehr als 0,5 Liter auf einmal an der Simulation beteiligt. Das bedeutet, dass das Wasser trotz eines konstanten Durchflusses von etwa 30 l/min schnell genug abläuft. In einer echten Geschirrspülmaschine würde das zurückfließende Wasser wiederverwendet und für die Reinigung durch die Düsen geleitet werden.
Zusammenfassung
Diese Simulation hat gezeigt, dass shonDy in der Lage ist, einen Geschirrspüler realistisch zu modellieren, sein Wechselsprühsystem genau zu simulieren und wesentliche Parameter für die Optimierung zu liefern. Die physikalische Gesamtlaufzeit der Simulation betrug 17 Sekunden, wobei der untere Sprüharm von 0 bis 10 Sekunden und die oberen Sprüharme und die Deckensprühung von 10 bis 17 Sekunden in Betrieb waren. Die Rotationsgeschwindigkeiten wurden auf 45 U/min für die Sprüharme und 135 U/min für das Deckenspray eingestellt, was den realen Betriebsbedingungen entspricht. Der Partikelradius der Flüssigkeit betrug 0.4 mm.
Während der Simulation wurden Schlüsselfaktoren wie Sprüharmkonfigurationen, Düsendurchflussraten und Bedeckungsraten analysiert. Es zeigte sich, dass der untere Sprüharm zwar eine gute Leistung für das untere Abteil erbrachte, dass aber die alleinige Verwendung dieses Arms für eine optimale Reinigung nicht ausreicht, was die Bedeutung des Wechselsprühsystems unterstreicht. Die Simulation lieferte auch Einblicke in die Wasserverteilung, wobei der Schwerpunkt auf dem Deckungsgrad lag, der für die Bewertung der Reinigungseffizienz entscheidend ist.
Das Ziel dieser Simulation war nicht die Optimierung des Geschirrspülers selbst, sondern die Präsentation der Möglichkeiten von shonDy. Die vorgestellte Simulation dient als Ausgangspunkt für eine Optimierungsaufgabe und demonstriert das Potenzial von shonDy zur Verbesserung der Geräteleistung durch detaillierte fluiddynamische Modellierung und schnelle, präzise Analyse.
