更好的發酵，3D打印與流體仿真優化技術結合助力消泡設備螺線管設計制造(2)
第二步是根據參數敏感性分析得到的設計參數空間和響應面函數（MOP）進行優化分析。通過定義優化目標、約束條件以及設定優化算法，并基于第一步得到的高質量響應面函數（MOP），可以進行快速進行優化設計，節省大量時間。快速優化分析結果如圖6所示，由此獲得在特定目標和約束條件下的最優設計點。
圖6 MOP優化分析結果。來源：安世亞太
第三步是對第二步中獲得的最終優化設計進行驗證性分析。基于快速優化分析結果獲得最優幾何結構參數組合，并在ANSYS DesignModeler中更新螺線管結構，如圖7所示，然后在ANSYS Fluent中進行驗證性分析，最終完成螺線管的優化設計。
圖7 優化后的螺線管結構。來源：安世亞太
空氣在優化后螺線管內的流動情況，如圖8所示。從圖中可以看出，螺線管入口的空氣流速為594m/s，而吸沫口內外壓力差為32.641KPa。
圖8 空氣在優化后螺線管內的速度和壓力分布情況。來源：安世亞太
通過對比螺線管優化前后的空氣的流速和壓力分布發現，優化后空氣進入螺線管的流量增加22%，而優化后吸沫口內外壓力差增大了5倍，螺線管的吸沫效果得到了顯著提高。
螺線管生產制造
采用增材制造技術生產得到的螺線管如圖9所示。
圖9 優化后螺線管的制造成品。來源：安世亞太
總結
本文通過調用流體仿真軟件ANSYS Fluent和參數優化軟件optiSLang，基于給定的約束條件和設計要求，對某規格螺線管結構進行了優化設計，實現了滿足性能設計要求的螺線管結構。通過上面的案例說明，流體仿真優化技術可以應用于產品的優化設計過程，從而提升產品性能、縮短產品設計周期、降低增材制造的生產成本。
3D打印-增材制造技術與傳統鑄造、加工工藝相比，可以在很大程度上實現免模具、免工裝、免加工，從而實現自由制造，有效解決復雜結構的制造難題，使得多元化、個性化生產加工成為可能，這也大大減少了工藝的約束，為自由設計、創新設計提供了更大的可能性，因此，增材制造技術帶來了產品全新設計的理念，使得產品設計過程大大簡化，設計師可以在原來設計的基礎上進行大規模甚至顛覆性的設計改進，產品的開發成本與周期明顯縮短。
鄭倩倩
天津大學化學工程專業博士，10年CAE行業研究與應用經驗，擅長多相流、燃燒反應、傳熱分析等多個領域的仿真分析，參與并完成國內外多項仿真咨詢項目。現為安世中德咨詢專家，主要從事流體仿真咨詢工作。
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