作者 | 李晶博士 仿真秀專欄作者

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導(dǎo)讀：隨著計(jì)算機(jī)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(lái)越多的應(yīng)用到通用機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。通用機(jī)械領(lǐng)域也是?？怂箍礐radleCFD重要領(lǐng)域之一。

CradleCFD具有強(qiáng)大的前處理，重疊網(wǎng)格，具有Smartblade，即自動(dòng)生成軸流風(fēng)扇以及離心風(fēng)扇三維模型功能，可用來(lái)風(fēng)扇設(shè)計(jì)以及優(yōu)化，強(qiáng)大的多相流模型，高效求解速度，強(qiáng)大的聯(lián)合仿真功能。尤其是針對(duì)噪聲，Cradle與Actran無(wú)縫耦合，精確評(píng)估氣動(dòng)噪聲。

一、寫在文前

風(fēng)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(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)，為了研究風(fēng)扇不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于噪音的影響，需要對(duì)于不同參數(shù)快速設(shè)計(jì)出葉片，并進(jìn)行分析才行。但其針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)風(fēng)扇葉片進(jìn)行修改是難點(diǎn)。

Cradle CFD的Smartblade提供軸流風(fēng)扇全參數(shù)化模型，可以自動(dòng)生成風(fēng)扇外形，并自動(dòng)計(jì)算風(fēng)扇。

特征：

（1）自動(dòng)生成風(fēng)扇CAD模型，自動(dòng)計(jì)算，后處理

（2）只需輸入風(fēng)扇幾個(gè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行點(diǎn)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(shí)比較

圖3：Smartblade離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)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(guò)多功能優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高效率和低噪聲的通用換氣扇。本次案例中的風(fēng)扇模型就是采用smartblade來(lái)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(qiáng)化其他公司產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一環(huán)，以實(shí)現(xiàn)高效率和低噪音為目標(biāo)。這是因?yàn)榧译姰a(chǎn)品和空調(diào)設(shè)備等周邊設(shè)備一直要求靜音，為了實(shí)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(shí)現(xiàn)換氣扇的靜音化，設(shè)定了高效率、軸動(dòng)力低、風(fēng)量大這兩個(gè)目的。并且，為了達(dá)成這些目的的參數(shù)（設(shè)計(jì)變量），選擇了被認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)性影響度大的風(fēng)扇葉片的三個(gè)變量：

（1）弦長(zhǎng)（葉片長(zhǎng)度）；

（2）前傾角（rake）；

（3）前進(jìn)角（傾斜）

但是，為什么要為了實(shí)現(xiàn)低噪音而采取的措施，卻沒(méi)有以噪音值為目的的理由詢問(wèn)了客戶，客戶的解釋如下。與風(fēng)扇性能相關(guān)的參數(shù)有很多，再加上噪音產(chǎn)生的機(jī)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(fēng)扇，噪音也一定很小，這樣的預(yù)想下，我們決定以降低軸動(dòng)力為目的，研究低噪音化。

通過(guò)使用3個(gè)設(shè)計(jì)變量和2個(gè)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(lái)說(shuō)，利用各種參數(shù)計(jì)算了約900萬(wàn)網(wǎng)格的解析模型30個(gè)案例，從其結(jié)果制作的Parato前沿中提取了3個(gè)點(diǎn)，對(duì)它們制作了試制品并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果是，無(wú)論哪個(gè)參數(shù)，性能都比現(xiàn)行產(chǎn)品高，以同風(fēng)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）?？蛻舴答?，從這個(gè)結(jié)果可以證明，如果提高效率即減少損失的話，就會(huì)降低噪音。

表1：不同方案噪聲比較

審核編輯：湯梓紅