空气中的东西

印度理工学院孟买分校的学生使用Ansys Fluent来估计空气循环如何最大限度地减少病毒传播

快速培训未来的工程师，同时帮助他们成为富有成效的世界公民，似乎是一项雄心勃勃的事业。但是，当穆拉里达兰2021年秋季课程的四年级学生学习分析新冠肺炎大流行期间校园设施通风的复杂问题时，他们的经验导致了明显的实际应用。

配备Ansys的学生-免费下载，包括Ansys流利-在他们的每台笔记本电脑上，班级成员发现了如何使用高级学习来解决实际的(在这种情况下，是普遍的)问题:估计密闭空间内的空气需要多长时间循环一次，以最大限度地减少感染的传播，以及如何将更多新鲜空气引入封闭环境。

混合，匹配，啊哈!时刻

穆拉里达兰预计，完成她课程的学生将能够理解他们最终工作的任何环境中的流体流动，无论他们将设计飞机机翼、电子传热系统还是风力涡轮机。

这就是为什么她欣赏Fluent的灵活性，它被多个学科的专业工程师使用。

她的学生在印度理工学院孟买分校(IIT Bombay)的头几年，用传统的方法计算流体现象:写方程式和编写计算机程序，然后才能毕业学习Fluent。

掌握基础知识是必要的，可以为流体动力学打下坚实的基础。然而，学习练习并不能提供年轻工程师在工作中所需要的那种洞察力。

穆拉里达兰说:“因为学生们必须自己完成所有这些步骤，他们将应用这种基本能力来解决的问题非常初级，从某种意义上说，他们可能会选择一个非常理想的房间，研究空气如何进入其中。”“他们把大部分时间都花在学习这些方程的核心上。但最终，他们很难理解如何将数学转化为对工业的帮助。”

穆拉里达兰说，相比之下，Fluent可以让学生轻松地看到复杂的情况，而不需要实际输入和编码每一点。

她解释说:“工程师可以在Fluent中选择他们需要的方程，并且可以混合和匹配不同的模型。”“Fluent将这些复杂的条件很快地转换成视觉动画。对于学生来说，Fluent可以让他们将工程方面与设计联系起来，帮助他们快速评估流动问题的影响，并提出解决方案。”

这些强大的数字和功能能力似乎是专门为穆拉里达兰的班级打造的，这个班级有两条平行的轨道。学生花部分时间学习概念，然后使用Fluent来解决基于基础计算流体动力学(CFD)理论的实际问题。穆拉里达兰说，有很多反反复复的学习，这有助于学生更好地理解基础知识和应用，并使他们能够看到这些概念在现实世界中的作用。这也导致了许多“啊哈!””时刻。

规划安全回归

将现实世界的问题带入工程课堂往往是棘手的，当一场大流行阻止学生们自己来到教室，他们不得不完全依赖远程在线学习时，情况就更加棘手了。

然而，这些不利的环境为这些年轻的工科学生提供了一个独特的机会。由于他们周围都是COVID-19的问题，这显然成为了他们整个学期项目的重点。弄清楚实验室和其他共享学习空间是否通风良好，以防止病毒传播，这将有助于穆拉里达兰的学生:

• 了解基本的CFD并不是从他们的生活中移除的东西。她说，其中一个目标是展示这些“冰冷、枯燥的方程如何适应我们这个混乱的世界”。
• 认识CFD如何用于解决社会相关问题，并使人们的生活发生变化。穆拉里达兰说，学生和工程师往往与社会脱节。但是学会为世界做贡献——即使只是设计一个简单的水泵来帮助农民灌溉庄稼——也比“找到一份高薪工作”更有价值。
• 能够提供具体、具体的建议来克服挑战。正如她所指出的，如果他们正在研究的问题太抽象或太大，以至于无法找到可行的解决方案(例如，结束污染)，就会让人失去动力。

最终，这些学生的工作可能会对理工学院本身产生巨大而有意义的影响。如果他们能找到改善通风的方法，或者至少确保现有设施是安全的，那么每个人都有可能更快地返回校园。然而，仍然存在一些问题:如果没有学生使用需要分析的设施，这些怎么可能完成?Fluent能提供什么帮助呢?

所有问题都是局部的

他们说所有的问题都是局部的;如果这是真的，那么解也是真的。至少在这种情况下是这样。

由于校园参观是禁止的，穆拉里达兰要求学生们开始关注自己家中的通风问题。她说，这很快使这个问题成为现实，因为每个人都想让他们和家人居住的房间尽可能安全。

扩大调查涉及到利用手中的一张王牌。尽管印度理工学院孟买分校基本关闭，但该校还是允许少数博士候选人进入校园。他们在穆拉里达兰的课堂上担任导师，回答有关实验室和其他正在分析的空间的问题，并拍摄照片，至少提供一个虚拟的视线。

基于循环空气可能含有冠状病毒的假设，学生们使用Fluent来模拟吸入新鲜空气和抽出旧空气的效果。Murallidharan说，Fluent强大的网格划分和模拟能力“带来了巨大的不同”，使学生能够高效地网格化大房间，并轻松地结合各种流动效应，如吊扇、排气扇和空气湍流参数。

她说:“孩子们不可能自己为一个房间这样复杂的几何图形编写网格。”Fluent的影响网格大小的范围很容易让他们确定他们想要更复杂或最终网格的区域。他们可以看到为什么一些网格不能工作，快速做出改变，然后看看这是如何影响结果的。这是一次巨大的学习经历。”

使用Fluent来可视化房间里的空气流动也是必不可少的。

穆拉里达兰说:“Fluent的动画功能实际上向他们展示了流是如何表现的，而不是让他们想象什么。“他们看到了房间里的流动可视化，尝试了Fluent中可用的不同模拟选项，并使用了附加的数值功能，例如求解用户定义标量(UDS)，这对于预测空气在房间各个部分的停留时间至关重要。最终，学生们意识到让死亡区域通风以限制感染传播的重要性。”

优雅的解决方案

最后，学生们推荐了一个优雅、经济、简单、通用的解决方案:在空间上安装排气风扇，并让所有窗户都稍微打开一点，以增加流动循环和速度。从开始到完成，这项工作只用了四个月。他们不需要从头开始编写代码，只需要每周在电脑上点击几个小时。穆拉里达兰说，短时间的学习时间让这段经历特别有力量。使用Ansys Fluent加速了学生的能力，由于他们对空中事物的研究，他们将能够作为专业人员进行实地操作。

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