1、Simcenter STAR-CCM+在家電行業的應用吳成濤Unrestricted Siemens AG 2018目錄白色家電行業發展趨勢&法規要求企業仿真的現狀與趨勢Simcenter CFD關鍵技術成功案例展示白色家電行業的發展趨勢AR解決方案潛力節能:綠色能源以及CO2減排要求需要新的法規及要求。能耗標志是客戶做出選擇重要因素. 挑戰水資源利用: 在廁所、園藝、淋浴、洗衣機、洗碗機方面節省水源利用.趨勢Possibility Title水源消耗能源效率智能設備噪聲污染與舒適性常規挑戰流動/熱 應力烹飪用具噪聲污染與舒適性:要求設備靜音，設備舒適性和質量評估標準智能設備將在家庭和工業中廣

2、泛應用. 烘干機洗衣機洗碗機智能設備CO2排量綠色解決方案冰箱小家電(攪拌機, 食品加工機)法規: US & EU 有著類似的法規需求US 法規:從2014年6月，美國能源部宣布了26種產品的能效標準包括: 家用熱水器,電機，照明燈，風冷空調，熱泵，以及其它制冷產品.EU 法規:家用制冷電器受歐盟能耗標志及生態設計的需要. 使用節能制冷家電，在產品壽命期間平均可以節約600歐元. 節能制冷家電可以使歐洲截至2020年節省4TWh電能，相當于塞浦路斯市一年的家庭用電量，并且每年可以減少150噸CO2排量。( )目錄白色家電行業發展趨勢&法規要求企業仿真的現狀與趨勢Simcenter CFD關鍵技

3、術成功案例展示為設計探索創建一個模擬解決方案通過知識轉移和專家指導來確保客戶獲得工程成功快速預測性能并找到更優設計讓設計探索成為可能創新的產品與技術靈活的Licensing模型獨一無二的客戶支持評估探索測試建模更快速發現更好的設計!獲取價值工程設計時間Addressing the Challenge創建解決方案工程過程中的創新與解決方案預測工程分析系統級驅動產品研發預測性的工程分析系統模型通過PLM進行多物理場追蹤記錄、參數變更、配置的管理測試Digital Twin1D探索- 分析 報告3DCFD目錄白色家電行業發展趨勢&法規要求企業仿真的現狀與趨勢Simcenter CFD關鍵技術成功案例

4、展示STAR-CCM+關鍵技術: 集成的設計空間探索Design Variant NumberFeasible DesignsInfeasible Designs原始設計重量減輕 50%，散熱能力提高 25%改進設計Built into STAR-CCM+: making parameter studies and design exploration seamless集成進STAR-CCM+: 參數化和設計探索過程更容易傳統的優化設計探索流程傳統流程定義目標簡化模型選擇算法Either:Screen variablesand/orFit Response Surface Model (DOE

5、/RSM)Gradient searchGenetic algorithmParticle swarmAnt colonySimulated annealEtc.算法調整搜索結果解讀Population size# of generationsCrossover rateMutation rateSelection typeEtc.帶入誤差需要嘗試需要專家“太難”遇到問題“耗時”“容易出錯”反應:Baseline modelVariablesResponsesObjectivesConstraints設計探索很少用少數專業人士用只用于特別棘手的優化問題無法用于創新結果優化設計探索的新典范傳統流

6、程定義目標簡化模型選擇算法Either:Limit Variablesand/orFit Response Surface Model (DOE/RSM)Gradient searchGenetic algorithmParticle swarmAnt colonySimulated annealEtc.算法調整搜索結果解讀Population size# of generationsCrossover rateMutation rateSelection typeEtc.Baseline modelVariablesResponsesObjectivesConstraints定義目標自動探索

7、結果解讀節省時間現代化流程 (HEEDS)Baseline modelVariablesResponsesObjectivesConstraintsOptionally:Study robustness & sensitivity of optimal design(s) Select number of evaluationsRun optimization“HEEDS比市面上其它產品具有優勢的原因在于它能真正幫助我們驅動創新.” Anders Ahlstrm , Scania Truck快速找到更好的設計方案STAR-CCM+ 關鍵技術: S2S 輻射+Overset應用: 感恩節火雞模擬

8、STAR-CCM+ S2S輻射模型與Overset模型兼容. 對流: 溫度以對流的方式從烤箱傳到火雞輻射: 烤箱熱壁面輻射傳熱至火雞傳導: 火雞內部熱傳導邊界條件Inlet : 滯止入口 Outlet : 壓力出口 壁面的輻射溫度，如右側圖片STAR-CCM+ 關鍵技術 : DEM案例: 使用多面體DEM顆粒模擬蔬菜烹飪此案例使用DEM聯合VOF多相流展示蔬菜烹飪的過程.初始VOF相溫度設置為500K，蔬菜設置為DEM顆粒，投入到鍋里.目標是仿真溫度如何從液相傳遞到蔬菜內部的，確定烹飪所需的最佳時間長度. STAR-CCM+ 關鍵技術 : DEM案例:分離除塵STAR-CCM+ 關鍵技術 :

9、DEM應用: 洗衣機性能評估BaseL418R264洗衣機潔凈力預測：衣物摩擦力STAR-CCM+ 關鍵技術:多相流應用: 洗碗機凝結水烘干過程消耗了整個洗碗循環60%的能量一個重要的問題，可以用仿真確定傳感器的安裝位置確定回收效率:有多少水噴到了碗上，以及噴嘴的布置模型: 瞬態多相流 (Air-Water) inletrotateSTAR-CCM+ 關鍵技術:多相流 應用：除霜瞬態除霜分析相變（固體-流體-氣體），多組分（3相）STAR-CCM+ 關鍵技術：多相流 應用：制冰冰庫，瞬態模型相變（流體-固體）確定均勻性，氣泡等影響冰透明性的因素AirWaterV: 0.1m/sT: -22 C

10、Wall temperature : -22 CSTAR-CCM+ 關鍵技術 : 噪音應用: 洗衣機性能評估STAR-CCM+ 有豐富的氣動噪聲模型直接求解，CFD直接求解壓力波傳遞混合方法，CFD求解聲源壓力脈動，FW-H求解聲波傳遞構建CAD網格求解分析模擬探索評估目錄白色家電行業發展趨勢&法規要求企業仿真的現狀與趨勢Simcenter CFD關鍵技術成功案例展示優化分析案例家電行業應用:洗衣機冰箱烤箱電熱水器空調結果:提高性能輕量化，高效加快設計周期更可靠的設計增加創新案例: 管流設計洗衣機管內流動優化的設計空間探索挑戰 管內流動設計目標出口速度最大均勻度出口旋流最小設計變量(7) 中心

11、線的位置, 截面半徑, 角度結果均勻度增加30%旋流減少50%Best Design with Minimum Swirl案例：波輪洗衣機創新水流研究流道核心關聯部件對水流效果的影響渦扇排水翼對水流的影響優化前優化后盛水桶對水流的影響優化前優化后優化前優化后提升揚程提升噴水口均勻性提升噴水口均勻性導水蓋板對水流的影響挑戰 洗凈能力差洗衣機本體內部潔凈差案例：波輪洗衣機創新水流研究洗衣機本體潔凈效果優化筒壁截面峰值湍動能提升20倍洗衣機本體表面潔凈力明顯提升，優化效果顯著優化前優化后案例: LG洗衣機衣物烘干衣物烘干效果評估衣物干燥效率送排風口位置、大小方案評估送風溫度、風速評估在設計階段，這是

12、一種有效的的衣物干燥效果的評估方法。案例：洗衣機噪音分析降低水泵運行噪音消除排水泵出口噪音 最短的時間內得到更優設計案例: 獨立式冰箱使用STAR-CCM+對冰箱質量及周圍環境規格評估改善能耗保溫材料評估控制表面液膜的形成（濕度）風扇對艙室溫度&流場的影響艙室溫度和濕度顯著影響冰箱運行和效率環境規格和質量設計:模擬濕度的擴散傳播以及使用CHT模擬溫度分布包含全部重要物理現象/模型 : 多組分流動, 固體, 重力, 能量及輻射風扇的影響 (使用特性曲線)計算冰箱打開、關閉過程中艙室流入/流出 質量流量，以及壓力共軛傳熱 (CHT)風扇對流動的影響Solving CHT and multiphys

13、ics problems with complex geometries案例: 烤箱面包烘烤的設計空間探索確定烘培過程的時間分析烘培的品質 (面團內部的溫度)最大程度的增加空氣及面團內部溫度烘培過程中有效的溫度調節至關重要探索烘培過程中改善溫度調節的方案:設計參數:面包 形狀; 與上側加熱線圈的距離和高度; 風扇出口的位置，加熱線圈的溫度分布改變不同的烘培條件，分析面包內部溫度分布結論:改善后方案增加內部空氣溫度和面團溫度，分別提高 32% 和16%瞬態, 流體, 固體, 殼, 能量, 輻射, 風扇烘培過程中溫度的變化 依靠仿真解決安全性，舒適性和質量問題案例: 家用烤箱STAR-CCM+烤箱

14、開門過程的仿真評估輻射和熱對人體的影響確保設計變更不會帶來安全性及舒適性的問題理解對烘培質量的影響打開烤箱門會使烤箱內部溫度降低25攝氏度，這個過程會影響人體舒適度，增加烘烤時間以及影響烘烤質量使用重疊網格技術，以及多物理場仿真，可以更好理解產品設計 熱水器熱水輸出率直接影響著用戶的洗浴體驗，是提高整個系統效率的關鍵案例: 熱水器STAR-CCM+電熱水器升溫和放水過程仿真分析提高熱水出水率加熱過程結束后膽內水溫分布盡量均勻減小放水過程的冷水對熱水的擾動作用加熱管水平布置明顯地改善了加熱過程的水溫分層作用，膽內所有水的溫度更加接近膽內水平均值水的混合作用很小，從而使得水依舊保持了較高的溫度，增大了熱水輸出率優化方案的熱水輸出率相對值可提升10%以上，優化作用明顯熱管平置方案和熱管豎直方案相比，升溫過程