【行業動態】仿真技術加速燃氣爐灶設計

2016-11-09 by:CAE仿真在線來源:互聯網

關鍵字:燃氣灶 CAD系統燃氣灶有限元分析

惠爾普巴西分公司利用直接建模和流體仿真技術將開發新爐灶面的時間縮短了35%。

ANSYS SpaceClaim DirectModeler能方便地清理幾何結構,并生成CFD仿真所需的封閉體積。

1項目介紹

燃氣灶面的設計具有很大挑戰性,因為這其中涉及了許多設計參數。產生火焰的端口幾何形狀、向端口提供燃氣的噴嘴、支撐端口的網格爐排、端口和設備金屬表面之間的關系,所有這些因素都影響著爐灶的工作性能。

惠爾普巴西分公司很大程度上依賴于仿真技術來設計燃氣爐灶,滿足獨立櫥柜、內置烤箱和各種爐灶面的要求。仿真技術能幫助工程師在原型階段之前預測推薦爐灶設計的性能,從而減少燃氣消耗、縮短烹飪時間、并減少開發時間。惠爾普巴西分公司的工程師利用ANSYS計算流體動力學(CFD)軟件評估推薦爐灶設計的火焰穩定性、熱效率、表面溫度和一氧化碳生成等問題。不過,工程師需要工具來準備仿真模型,從而快速探索一系列設計方案,并找到滿足所有標準的最佳爐灶設計。

惠爾普巴西分公司利用ANSYS SpaceClaim Direct Modeler解決了這一挑戰,該軟件能方便地清理幾何結構并生成CFD仿真所需的封閉體積。利用SpaceClaim,惠爾普巴西分公司的工程師能直接編輯任何幾何結構特性,無需擔心參數限制,也將概念設計分析的準備時間縮短高達90%。仿真技術能大幅加速定義和評估新的設計迭代,因此開發新爐灶面模型的整體時間縮減了30%到40%。

工程師將一次吸氣處理從36%提升到52%。這能生成穩定的火焰,支持幾乎徹底的燃燒,確保了高效性,并盡可能減少一氧化碳的生成。

2設計優化過程

惠爾普巴西分公司的工程師一直用參數化CAD系統創建爐灶設計。CAD系統可生成高度詳細的模型,這對于滿足嚴格的生產要求至關重要——生產也是設計周期中的最后一步。不過,在設計早期階段,工程師需要工具來方便地進行多個設計迭代。他們可通過仿真虛擬測試這些設計。單個CAD模型要花一個星期來準備,完整的全新爐灶設計至少需要100天的時間。

ANSYS SpaceClaim DirectModeler在ANSYS Workbench中集成能讓工程師更快地修改和研究設計變更,所需時間比過去大大縮短。惠爾普巴西分公司的工程師近期利用這些工具為消費者市場設計一款全新的爐灶面。工程師首先用公司的參數化CAD系統創建基線設計,隨后將STEP文件導出到ANSYSWorkbench設計環境,從而突破參數限制。

SpaceClaim Direct Modeler的優勢在于:它對導入模型采用模式識別來確定用戶進行編輯時的目的,這樣模型就能像完全參數化一樣進行操控。舉例來說,即便沒有將口袋定義為一種特性,用戶也能選擇它,而軟件則能實時識別這種特性,并讓用戶修改尺寸或移動位置,同時不會分解成為線和弧形等單個實體。

3燃氣灶實例

就燃氣灶而言,惠爾普巴西分公司的工程師首先用SpaceClaim工具自動發現并修復了模型表面之間的空隙和重疊部分。該工具可充分應對原始模型的大部分問題。工程師用其它SpaceClaim工具校正附加區域,包括清理小特性和填充孔洞。只需選擇表面和邊緣并拖放或移動到適當位置就能進行進一步的編輯。只需4個小時,模型就能準備好進行網格剖分和仿真。

新型燃氣灶設計的ANSYS CFD仿真(如下圖)。執行仿真以研究進出燃氣爐不同位置的空氣/燃料比。該圖顯示了燃氣灶橫截面的燃氣密度。

網格具有250萬個節點和1020萬個四面體、六面體、楔形和金字塔單元。惠爾普巴西分公司的工程師利用EDC燃燒模型和SST湍流模型運行ANSYS Fluent CFD燃燒仿真。在20個內核的高性能計算(HPC)平臺上運行仿真的時間為36個小時。結果顯示了燃料和一次氣體的質量流、一氧化碳密度和爐灶面的表面溫度。惠爾普巴西分公司的工程師還編寫了計算燃燒爐效率的腳本。仿真顯示了初始設計中許多需要改善的關鍵區域。

工程師利用SpaceClaim生成了總共16次迭代,來研究端口和噴頭幾何結構的變化。他們重點觀注主燃空氣卷吸量,這是反映空氣參與燃燒效率的指標,表示為恰當化學計量空氣量的百分比。在設計迭代過程中,工程師將主燃空氣卷吸量從36%提升到52%。這能生成穩定的火焰,支持幾乎徹底的燃燒,確保了高效性,并盡可能減少一氧化碳的生成。

完整設計過程需要大約65天,比此前方法使用的時間縮短35%。該應用說明通過讓仿真工程師利用仿真技術快速便捷地準備幾何結構能顯著節約時間和成本,同時也證明了能利用仿真技術確定高效設計。

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