家电的奥秘，安世亚太带您探究流体仿真技术在家电行业应用案例

一、流体仿真技术在家电行业应用

计算流体动力学（ComputationFluid Dynamics，简称CFD）问题是制冷、家电产品设计过程中非常重要的问题。空气和其它流体的流动直接导致流动噪声，结构设计的缺陷不仅会增大产品运行的噪声，还有可能会降低产品的工作效率，增加消耗。使用流体分析软件可以帮助工程技术人员在计算机上真实地模拟流场分布情况，对结构进行优化与改进。目前已经在国内空调、电冰箱行业得到很好的应用。

计算流体力学在家电流体分析中可以用于解决两方面的问题：

一是家电产品的热设计问题。家电产品中存在大量的热设计问题，据调查，50%以上的家电产品的失效都是由于传热设计不当所导致的。目前绝大多数的开发工程仍采用既耗时成本又高的实验热测试方法以检查热设计的合理性，制造物理样机、安装测试设备及传感器、测试、数据处理分析等需要相当长的周期，而通过计算机建立产品的热模型进行模拟仿真分析则可以快速、方便地获得产品的热性能方面的大量信息。

二是家电产品的流体力学设计。家电产品中存在众多利用流体力学原理而工作的部件，例如大部分的家电中均有风机或泵等旋转部件。这样的旋转部件通常会影响到整机的风量、效率及气动噪声等，而通过优化与之相匹配的风道或流道，则可以改善这些流动性能指标。对于风道及风机的性能优化，传统的实测实验测试周期长、成本高，而且无法完全发现流动中存在的问题。而通过CFD的数值分析手段，则可以较为完整的得到风道或流动内部的流动状态，以帮助设计人员降低流动阻力及气动噪声，从而完善产品的流体力学性能。

二、案例：空调内机的流量分析

一般的家电产品内部都包含众多的零部件，对流体分析而言，前处理是个非常棘手的问题。以下面某型号的空调内机为例。客户需要对其流量进行分析，但是内机模型是从第三方CAD工具进行建模的，内部包含数千个零部件。对这类复杂模型，从CAD系统到CFD分析需要处理一系列的问题：

l  三维CAD模型的零部件之间常常存在小间隙或干涉问题，以及一些小特征，例如螺栓孔、圆角、倒角、刻字等；

l  三维CAD模型进入ANSYS Workbench平台后常常出现缺面、小面等模型质量问题；

l  需要从结构模型中提取符合流体分析的流道；

l  网格划分难度大，需要灵活的网格划分策略。

某型号空调内机模型

在该空调内机模型的处理上，通过使用ANSYS SCDM结合ANSYS Meshing工具，可以比传统的ANSYS DesignModeler结合ICEM CFD方式的前处理效率高80%以上。通过使用ANSYS SCDM工具，可以大概在一天时间内去除模型中其他的细节，并且提取出流道。

模型处理后提取出的空调内机内部流道

再使用ANSYS SCDM进行合理的模型切割，可以在ANSYS Meshing中生成高质量的网格。从下图中可以看到叶轮内部划分精细的六面体网格，其他其余为四面体网格，网格数量约为500万。

内机流道网格模型

最后利用ANSYS Fluent中的旋转机械分析模型，可以分析空调内机在工作过程中内部的流动状态及流量等流动参数。

流动分析结果