作者 | 李晶博士 仿真秀專欄作者

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導(dǎo)讀：隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以流體力學(xué)為基礎(chǔ)的CFD方法越來越多的應(yīng)用到通用機械設(shè)計與研究。通用機械領(lǐng)域也是海克斯康CradleCFD重要領(lǐng)域之一。

CradleCFD具有強大的前處理，重疊網(wǎng)格，具有Smartblade，即自動生成軸流風扇以及離心風扇三維模型功能，可用來風扇設(shè)計以及優(yōu)化，強大的多相流模型，高效求解速度，強大的聯(lián)合仿真功能。尤其是針對噪聲，Cradle與Actran無縫耦合，精確評估氣動噪聲。

一、寫在文前

風扇應(yīng)用最廣泛的家電產(chǎn)品，如空調(diào)設(shè)備等周邊設(shè)備一直要求靜音。而其中最關(guān)鍵在于風扇葉片設(shè)計，為了研究風扇不同設(shè)計參數(shù)對于噪音的影響，需要對于不同參數(shù)快速設(shè)計出葉片，并進行分析才行。但其針對設(shè)計參數(shù)，對風扇葉片進行修改是難點。

Cradle CFD的Smartblade提供軸流風扇全參數(shù)化模型，可以自動生成風扇外形，并自動計算風扇。

特征：

（1）自動生成風扇CAD模型，自動計算，后處理

（2）只需輸入風扇幾個數(shù)據(jù)和運行點參數(shù)

（3）也適合于CFD分析不熟悉工程師

（4）大大降低成本

圖1：Smartblade界面

圖2：Smartblade與常規(guī)模式工時比較

圖3：Smartblade離心風機設(shè)計界面

二、案例應(yīng)用

以下舉了松下客戶的使用案例。本次案例為通過多功能優(yōu)化實現(xiàn)高效率和低噪聲的通用換氣扇。本次案例中的風扇模型就是采用smartblade來參數(shù)化建模，并修改模型。

設(shè)置在廚房和廁所的一般用換氣扇作為強化其他公司產(chǎn)品競爭力的一環(huán)，以實現(xiàn)高效率和低噪音為目標。這是因為家電產(chǎn)品和空調(diào)設(shè)備等周邊設(shè)備一直要求靜音，為了實現(xiàn)安靜的居住空間，即使是從以前開始就有的一般的換氣扇，靜音化也是不可避免的課題。

這次，為了實現(xiàn)換氣扇的靜音化，設(shè)定了高效率、軸動力低、風量大這兩個目的。并且，為了達成這些目的的參數(shù)（設(shè)計變量），選擇了被認為經(jīng)驗性影響度大的風扇葉片的三個變量：

（1）弦長（葉片長度）；

（2）前傾角（rake）；

（3）前進角（傾斜）

但是，為什么要為了實現(xiàn)低噪音而采取的措施，卻沒有以噪音值為目的的理由詢問了客戶，客戶的解釋如下。與風扇性能相關(guān)的參數(shù)有很多，再加上噪音產(chǎn)生的機制很復(fù)雜，并不是單純地只看特定的參數(shù)就可以了。因此，在高效率，也就是損失少的風扇，噪音也一定很小，這樣的預(yù)想下，我們決定以降低軸動力為目的，研究低噪音化。

通過使用3個設(shè)計變量和2個目的函數(shù)以及可與Cradle CFD耦合使用的優(yōu)化軟件Optimus for Cradle，尋找最優(yōu)值。其流程圖如下圖所示。

圖4流程圖

具體來說，利用各種參數(shù)計算了約900萬網(wǎng)格的解析模型30個案例，從其結(jié)果制作的Parato前沿中提取了3個點，對它們制作了試制品并進行了實驗。其結(jié)果是，無論哪個參數(shù)，性能都比現(xiàn)行產(chǎn)品高，以同風量，噪音值最大為降噪2.5dB，全壓效率最大改善2.5pt（表1：與現(xiàn)行產(chǎn)品的比較）。客戶反饋，從這個結(jié)果可以證明，如果提高效率即減少損失的話，就會降低噪音。

表1：不同方案噪聲比較

審核編輯：湯梓紅