流体动力学模拟推进设备设计

在整个开发过程中，模拟也被广泛使用;特别是随着相关系统设计的成熟而出现各种设计变化时。这些分析倾向于评估多个解决方案，以优先考虑那些最有希望的解决方案。由于这些解决方案与实验不确定性之间的细微差异，CFD已成为最可靠的评估手段。

了解制冰的挑战

斐雪派克的目标是开发一种性能更高的制冰机，它需要增加冰盘上方的气流来提高制冰速度。这意味着创造一个空气输送系统，能够引导甚至流过冰盘。

这不是一件容易的事，因为该公司必须将一些进入冷冻室的初级空气重新引导到制冰机中。面临的挑战是:处理气流方向的突然变化，并开发一种可以适用于一系列不同型号冰箱的设计。

在最初的讨论中，该公司意识到，由于源头混乱而旋转的气流，多个挡板无法工作。解决方案是一个区域，允许流动在释放到制冰机之前以一种可控的方式进行充分缓冲。

制冰机的初始设计(左)和最终设计(右)显示了制冰机托盘上改进的速度分布。

提高制冰性能

由于空气需要在短时间内在两个正交的横向方向上发生剧烈的方向变化，Fisher & Paykel工程师使用端到端的简单扫掠剖面和相对曲折的流道来创建初始设计。

解决方案是重新设计的管道轮廓使用单一挡板，以更好地控制扩散通过两个正交平面独立。与初始设计相比，压力损失降低了67%。

该公司受到地表水流绕过障碍物的旋转运动的启发，并在Fluent的伴随求解器的帮助下，优化了设计，使水流的主要方向与冰盘一致。这导致平均速度增加了50%以上，并在制冰器托盘上产生了更对称的流动轮廓，这有助于显著提高制冰性能。

优化设计产生了与制冰盘对齐的流动，导致平均速度增加了50%以上，并且在制冰盘上方形成了更对称的流动轮廓。

流场是如何设计的

进入风管的气流被拉入一个圆柱形腔室，鼓励在风管入口的主要气流的横向轴上的旋转运动。这可以实现初级流体的横向平移，同时最大限度地减少损失。然后，气流通过一个短而直的管道段在制冰机后面释放出来。在这里，管道出口上游的凸起/圆柱形特征鼓励并促进横向旋流运动，这是试图在冰盘上产生单向流动的关键。

在整个过程中，Fluent CFD模拟被广泛使用。与制作和测试3D打印设计相比，这种模拟的使用成本和时间更有效，每次设计迭代需要3天。该公司可以在一天内完成CFD模拟。此外，在寻找有机形状以达到给定的性能标准时，与手动创建离散设计迭代相比，Fluent伴随求解器的形状变形能力是一种更好的方法。

CFD模拟还揭示了流场的广泛描述，这增强了工程师对流动行为的理解。与物理测试相比，在虚拟模型中对测试环境有更多控制的能力也有助于斐雪派克完善产品设计。除了观察气流行为，最重要的是，任何空气动力学产生的噪音也保持在最低限度，以生产一个安静的冰箱。为此，该公司使用Fluent空气声学模拟来确保在CFD分析和评估最终设计的物理测试中满足噪声水平的要求。