一、流體仿真技術(shù)在家電行業(yè)應用

 

計算流體動力學（ComputationFluid Dynamics，簡稱CFD）問題是制冷、家電產(chǎn)品設計過程中非常重要的問題。空氣和其它流體的流動直接導致流動噪聲，結(jié)構(gòu)設計的缺陷不僅會增大產(chǎn)品運行的噪聲，還有可能會降低產(chǎn)品的工作效率，增加消耗。使用流體分析軟件可以幫助工程技術(shù)人員在計算機上真實地模擬流場分布情況，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與改進。目前已經(jīng)在國內(nèi)空調(diào)、電冰箱行業(yè)得到很好的應用。

 

計算流體力學在家電流體分析中可以用于解決兩方面的問題：

 

一是家電產(chǎn)品的熱設計問題。家電產(chǎn)品中存在大量的熱設計問題，據(jù)調(diào)查，50%以上的家電產(chǎn)品的失效都是由于傳熱設計不當所導致的。目前絕大多數(shù)的開發(fā)工程仍采用既耗時成本又高的實驗熱測試方法以檢查熱設計的合理性，制造物理樣機、安裝測試設備及傳感器、測試、數(shù)據(jù)處理分析等需要相當長的周期，而通過計算機建立產(chǎn)品的熱模型進行模擬仿真分析則可以快速、方便地獲得產(chǎn)品的熱性能方面的大量信息。

 

二是家電產(chǎn)品的流體力學設計。家電產(chǎn)品中存在眾多利用流體力學原理而工作的部件，例如大部分的家電中均有風機或泵等旋轉(zhuǎn)部件。這樣的旋轉(zhuǎn)部件通常會影響到整機的風量、效率及氣動噪聲等，而通過優(yōu)化與之相匹配的風道或流道，則可以改善這些流動性能指標。對于風道及風機的性能優(yōu)化，傳統(tǒng)的實測實驗測試周期長、成本高，而且無法完全發(fā)現(xiàn)流動中存在的問題。而通過CFD的數(shù)值分析手段，則可以較為完整的得到風道或流動內(nèi)部的流動狀態(tài)，以幫助設計人員降低流動阻力及氣動噪聲，從而完善產(chǎn)品的流體力學性能。

 

二、案例：空調(diào)內(nèi)機的流量分析

 

一般的家電產(chǎn)品內(nèi)部都包含眾多的零部件，對流體分析而言，前處理是個非常棘手的問題。以下面某型號的空調(diào)內(nèi)機為例?？蛻粜枰獙ζ淞髁窟M行分析，但是內(nèi)機模型是從第三方CAD工具進行建模的，內(nèi)部包含數(shù)千個零部件。對這類復雜模型，從CAD系統(tǒng)到CFD分析需要處理一系列的問題：

 

l  三維CAD模型的零部件之間常常存在小間隙或干涉問題，以及一些小特征，例如螺栓孔、圓角、倒角、刻字等；

l  三維CAD模型進入ANSYS Workbench平臺后常常出現(xiàn)缺面、小面等模型質(zhì)量問題；

l  需要從結(jié)構(gòu)模型中提取符合流體分析的流道；

l  網(wǎng)格劃分難度大，需要靈活的網(wǎng)格劃分策略。

 

某型號空調(diào)內(nèi)機模型

 

在該空調(diào)內(nèi)機模型的處理上，通過使用ANSYS SCDM結(jié)合ANSYS Meshing工具，可以比傳統(tǒng)的ANSYS DesignModeler結(jié)合ICEM CFD方式的前處理效率高80%以上。通過使用ANSYS SCDM工具，可以大概在一天時間內(nèi)去除模型中其他的細節(jié)，并且提取出流道。

 

模型處理后提取出的空調(diào)內(nèi)機內(nèi)部流道

 

再使用ANSYS SCDM進行合理的模型切割，可以在ANSYS Meshing中生成高質(zhì)量的網(wǎng)格。從下圖中可以看到葉輪內(nèi)部劃分精細的六面體網(wǎng)格，其他其余為四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量約為500萬。

 

內(nèi)機流道網(wǎng)格模型

 

最后利用ANSYS Fluent中的旋轉(zhuǎn)機械分析模型，可以分析空調(diào)內(nèi)機在工作過程中內(nèi)部的流動狀態(tài)及流量等流動參數(shù)。

 

流動分析結(jié)果