Havells印度公司使用Ansys CFD模拟净化空气

和世界上许多其他地方一样，空气质量在印度是一个大问题，尤其是在该国北部，那里的空气质量指数(AQI)经常超过100，这对敏感人群来说是不健康的。Havells印度有限公司决定进入空气净化器市场来帮助解决这个问题。但他们并不打算制造另一种与竞争对手毫无区别的标准产品。Havells计算流体动力学(CFD)模拟高级经理阿什特•库马尔表示，该公司希望“取悦”客户，生产出一款“令人向往”的空气净化器。

因此，Havells工作室设计的冥想空气净化器是一个高性能的，美观的添加到任何房间，先进的功能，如二氧化钛(TiO₂)光催化模块，分解挥发性有机化合物(VOCs)。他们发明了一种可拆卸的传感器，可以监测你所在位置附近的空气质量，而不是空气净化器附近的空气质量。你甚至可以把手机放在净化器的顶部，代替可拆卸的传感器，给手机充电。

最重要的是，他们使用Ansys CFD模拟来确保气流通过净化器的三个阶段——机箱和高效微粒吸收(HEPA)过滤器、鼓风机和TiO₂模块-优化了最大的净化能力。

“如果没有CFD模拟，这种优化是不可能完成的，因为有太多相互关联的参数需要理解，”Kumar说。”Ansys流利帮助我们监控净化器所有三个阶段的气流，并调整设计，直到我们在每个部分都有最佳的流动条件。”

《三个阶段的故事

哈维尔斯的冥想空气净化器分为三个阶段，从底部的HEPA过滤器开始，中间是叶片转子或“鼓风机”，然后是TiO₂光催化模块在顶部。旋转的转子通过HEPA过滤器吸入空气，在那里各种大小的颗粒被捕获并过滤掉。然后，这些空气上升通过鼓风机进入TiO₂模块，其中UVH和UVC波长的光照射在TiO上₂催化剂，吸附挥发性有机化合物(VOCs)并将其分解成更小的无毒成分。

虽然最初看起来通过净化器单元移动最大容量的空气是希望快速清洁更多空气的，但净化器的每个阶段都有要求，使这变得不切实际。在HEPA过滤器中，压降随着风速的增加而增加，因此必须调节气流以保持压降。

鼓风机的一个主要考虑因素是快速旋转转子产生的噪声。因为净化器是在家庭居室中使用的，所以一定要比较安静，以免打扰居住者。这限制了鼓风机的运行速度，也决定了它的设计。

在顶部阶段，挥发性有机化合物被吸附在小TiO表面₂催化粒子。在被吸附的过程中，UVH和UVC光照射到挥发性有机化合物上，挥发性有机化合物被光催化分解。但要做到这一点，VOCs必须在TiO表面停留最少的时间₂。如果在这个阶段空气流动过快，VOCs将绕过TiO₂催化颗粒和净化器出口不变，仍然有毒。由于整个净化器只保持一个气流速度，因此必须考虑到每个阶段的需求，以优化净化器的性能。

一种三阶段CFD模拟方法

净化过滤器(HEPA过滤器)选型及外壳设计

多孔HEPA过滤器的设计控制了压降，使空气从净化器内部流向外部具有挑战性。它直接影响穿过过滤器的颗粒物质的量，并影响鼓风机将空气吸入并引导到外部的要求。

库马尔说:“我们使用Fluent来帮助我们确定HEPA过滤器的适当厚度、高度和位置。

在最初的外壳设计中(见图1)，模拟表明，在到达顶部催化净化器装置之前，部分空气从净化器装置的侧面逸出。这意味着一些微粒和挥发性有机化合物进入了周围的大气，被房间里的任何人吸入。部分原因是由于过滤器本身的厚度。

在覆盖设计中，HEPA过滤器——模拟图像底部的圆柱形蓝色元素——在底部和侧面被加厚。结合新的机壳设计，模拟表明，在所有净化完成后，所有气流都留在净化器内部，从顶部的射流流出。

风机设计

鼓风机的设计直接影响到净化器的流场、功率要求和噪声水平。它还决定了通过TiO的气流的速度和位置₂催化和紫外线净化器上面的鼓风机。理想情况下，鼓风机应该通过TiO的中心部分提供流量₂模块以尽可能高的速度运行，同时仍留有足够的时间让催化剂分解voc。

Havells的工程师使用Fluent研究了四种鼓风机设计(见图2)以及它们通过净化器产生的气流模式。虽然D2设计最初显示了将空气输送到催化模块的最佳气流模式和速度，但它太吵了。

最终，通过优化过程，Havells选择了设计D1，为他们的冥想空气净化器提供了流速，流量位置和噪音水平的最佳平衡。

TiO的取向₂模块

TiO的₂催化单元由含有TiO的衬底的平行鳍片组成₂粒子。最初，Havells的工程师将这些鳍片排成一个圆圈，所有鳍片与鼓风机成90度角;也就是说，他们站直了。但是这种设计并不是最优的流程。

“如果你通过TiO的速度非常快₂模块，催化反应不会发生;此外，如果气流非常小且缓慢，它会分离，无法到达顶部，导致停滞。”“它必须在每秒0.5米到1.5米的范围内，这样催化反应才能发生。”

通过以一定角度向内倾斜翼片，他们改善了通过模块的进气，并达到了所需的流速范围。图5中“直鳍”图像的顶部显示中心流量较低，这意味着净化仅限于侧板，中心板不起作用。“倾斜的鳍”图像显示有足够的速度通过板以及在出口的流动大大改善。

模拟达到了正确的平衡

利用Fluent模拟，Havells工程师为他们的冥想空气净化器的所有三个阶段实现了最佳气流，平衡了压力降，噪音和在TiO中停留时间的冲突需求₂最佳空气净化模块。

Kumar总结道:“采用Ansys Fluent模拟等数字技术可以帮助在第一次尝试中设计出正确的产品，从而加快产品上市时间，并提供性能、质量和成本的正确组合。”

看看Ansys流利我可以帮你。