作者 | 李晶博士 仿真秀專欄作者

首發 |仿真秀App

導讀：隨著計算機技術的快速發展，以流體力學為基礎的CFD方法越來越多的應用到通用機械設計與研究。通用機械領域也是海克斯康CradleCFD重要領域之一。

CradleCFD具有強大的前處理，重疊網格，具有Smartblade，即自動生成軸流風扇以及離心風扇三維模型功能，可用來風扇設計以及優化，強大的多相流模型，高效求解速度，強大的聯合仿真功能。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

風扇應用最廣泛的家電產品，如空調設備等周邊設備一直要求靜音。而其中最關鍵在于風扇葉片設計，為了研究風扇不同設計參數對于噪音的影響，需要對于不同參數快速設計出葉片，并進行分析才行。但其針對設計參數，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據和運行點參數

（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與常規模式工時比較

圖3：Smartblade離心風機設計界面

二、案例應用

以下舉了松下客戶的使用案例。本次案例為通過多功能優化實現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來參數化建模，并修改模型。

設置在廚房和廁所的一般用換氣扇作為強化其他公司產品競爭力的一環，以實現高效率和低噪音為目標。這是因為家電產品和空調設備等周邊設備一直要求靜音，為了實現安靜的居住空間，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，為了實現換氣扇的靜音化，設定了高效率、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（設計變量），選擇了被認為經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。與風扇性能相關的參數有很多，再加上噪音產生的機制很復雜，并不是單純地只看特定的參數就可以了。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個設計變量和2個目的函數以及可與Cradle CFD耦合使用的優化軟件Optimus for Cradle，尋找最優值。其流程圖如下圖所示。

圖4流程圖

具體來說，利用各種參數計算了約900萬網格的解析模型30個案例，從其結果制作的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。其結果是，無論哪個參數，性能都比現行產品高，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：與現行產品的比較）。客戶反饋，從這個結果可以證明，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