流体动力学模拟推进设备设计

模拟在整个开发过程中也被广泛使用;特别是随着相关系统设计的成熟，出现各种设计变更。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。由于其中一些解决方案与实验不确定性之间存在细微差异，因此CFD已成为评估它们的最可靠手段。

了解造冰的挑战

Fisher & Paykel的目标是开发一种性能更高的制冰机，这需要增加冰盘上的空气流量来提高制冰率。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，因为该公司不得不将一些进入冷冻室的初级空气转移到制冰机中。面临的挑战是:处理气流方向的突然变化，并开发一种可以与一系列不同型号的冰箱一起工作的设计。

在最初的讨论中，该公司意识到由于源头处混乱的旋转气流，多个挡板无法工作。解决的办法是建立一个区域，使冰流在释放到制冰机之前以可控的方式得到充分缓冲。

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善的速度分布。

改善制冰性能

Fisher & Paykel的工程师使用端到端、简单的扫掠剖面和相对复杂的流道创建了最初的设计，因为在短的长度内，空气需要在两个正交的横向方向上产生剧烈的方向变化。

解决方案是重新设计管道外形，使用单个挡板来更好地控制两个正交平面的扩散。与最初的设计相比，压力损失降低了67%。

受地表水流在障碍物周围旋转运动的启发，在Fluent的Adjoint求解器的帮助下，该公司优化了设计，使水流的主要方向与冰盘对齐。这使得平均速度增加了50%以上，并在制冰机托盘上产生了更对称的流动剖面，这有助于显着提高制冰性能。

优化后的设计使气流与制冰盘对齐，平均速度提高了50%以上，制冰盘上的气流轮廓更加对称。

流场是如何设计的

进入管道的气流被拉到一个圆柱形的腔室中，在管道入口的主要气流的横向方向上形成一个轴向的旋转运动。这样可以使初级流体侧向平移，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释放到制冰机后面。在这里，管道出口上游的凸起/圆柱形特征鼓励并促进了横向旋流运动，这是试图在冰盘上产生单向流动的关键。

在整个过程中，广泛使用了Fluent CFD模拟。与生产和测试每次设计迭代需要三天的3D打印设计相比，这种模拟的使用更具成本效益和时间效益。该公司可以在一天内完成CFD模拟。此外，当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 Adjoint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，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进行更大控制的能力也有助于Fisher & Paykel改进产品设计。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气动声学模拟来确保在CFD分析和评估最终设计的物理测试中满足噪声水平要求。