风机产品开发流程
正向设计的一般完整开发流程下图所示:
开发现状分析及面临问题1.初始设计是根据压力、流量等约束条件,从二维叶型到三维叶片的过程,理论设计书籍中,推荐参数及形式较为宽泛,造成初始设计需要多次尝试,改变一次参数,利用通用的三维造型软件建模往往需要花费大量精力。所以,初始设计中,实现叶片快速造型能够大大提高初始设计的效率。
2.从原始的叶型选择到三维叶片的弯、掠、扭设计,要求从业者理论功底扎实,开发周期长,并且设计出的模型一般需要再次改型设计才能完全符合选型要求。
目前国内风机厂家设计能力较差,直接防造及相似设计较多。但是当应用场合变化或者性能要求严格时,往往不能达到理想效果。
一种较为便捷的方法,既能规避国外专利的技术壁垒,又能在较高性能水平的基础上提升性能,这种方法是:改型设计。
解决方案叶片快速造型叶片快速造型的一般流程是:
叶片快速造型改型设计的一般流程是:
造型、仿真、优化算法的耦合方案无论是初始设计还是改型设计,得到几何模型后,可用于直接加工制造然后实验验证。但是这样往往造成加工样件数过多,增加时间和物料成本。
CFD仿真有以下优势:
1.虚拟实验,减少物料成本;
2.快速得到结果,减少时间成本;
3.结果可视化,深入研究内部流场。
可先采用CFD手段对初始的若干种方案进行对比研究,遴选出性能较优的几种方案,最后做实验对比。
更为便捷的做法是通过优化算法可自动得到较优的叶片三维造型,流程为:
1.利用造型模块,随机输出不同叶片参数(叶型参数、弯、掠等)的几何模型;
2.对输出的几何模型进行仿真,进行设计变量的敏感度分析;
3.选出需要优化的设计变量,对设计变量变化范围进行限制,优化计算;
4.得到较优的叶片模型。
基于MSCSmartblade的风机优化方案SmartBlade是MSCCFD旗下的自动生成风扇外形自动计算风扇自动化设计工具。
「生成模型→流场分析→修改模型→结果后处理」一系列操作可实现自动化,能够大大缩小CFD验证以及后续优化。同时此工具与CRADLE内置优化工具Optimus模块结合,实现风扇优化。
Smartblade界面
Smartblade界面-调整弯掠扭参数
Smartblade界面-设定计算参数
Smartblade界面-自动计算并后处理
国内某知名家电制造商空调降噪分析
本项目主要是采用CFD仿真技术及参数化建模方法对现有轴流风机进行分析及优化,最终实现风量提升的同时扭矩降低的目标。流程如下:
Optimize优化算法:
实验设计法:
–拉丁方格法
–初始样本数:30
响应面:
–RBF(3次基底函数)
多目标优化算法
–NSEA+