閆愛(ài)政 徐先慶 王坤

摘 要：對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)部空氣的流動(dòng)狀態(tài)分析，以計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，利用CFD計(jì)算機(jī)流體仿真軟件，建立三維仿真模型，對(duì)嬰兒培養(yǎng)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行可視化模擬研究分析，實(shí)現(xiàn)仿真模型的形象化，可視化，參數(shù)化，為進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)研究、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：嬰兒培養(yǎng)箱；內(nèi)流場(chǎng)；數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.198

0 引言

嬰兒培養(yǎng)箱是一種嬰幼兒保育設(shè)備，采用“空氣對(duì)流熱調(diào)節(jié)”的循環(huán)方式，維持嬰兒艙內(nèi)域流場(chǎng)參數(shù)的穩(wěn)定性。在空氣流動(dòng)循環(huán)過(guò)程中，路程較長(zhǎng)，過(guò)程復(fù)雜，空氣流動(dòng)狀態(tài)比較抽象，很難把控空氣流速和溫度場(chǎng)的分布狀態(tài)。本文以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，利用CFD計(jì)算機(jī)流體仿真軟件，對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)進(jìn)行的可視化模擬研究。

1 嬰兒培養(yǎng)箱空氣流動(dòng)循環(huán)原理

目前，多數(shù)廠家生產(chǎn)的嬰兒培養(yǎng)箱是由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，采用“縱向空氣對(duì)流熱調(diào)節(jié)”方式，維持內(nèi)部空氣往復(fù)循環(huán)的過(guò)程。通過(guò)空氣入口，補(bǔ)充在循環(huán)過(guò)程中損失的空氣；利用電加熱器，保證空氣的適宜溫度；通過(guò)風(fēng)道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，控制空氣流場(chǎng)的分布狀態(tài)等。其空氣循環(huán)通道結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)扇、加熱器、腔體、隔板、嬰兒艙、前內(nèi)襯板、上內(nèi)襯板、后內(nèi)襯板、嬰兒床等。如圖1。

2 CFD建模與仿真

基于CFD的嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)可視化模擬研究，是通過(guò)建立嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)仿真模型，利用CFD計(jì)算機(jī)流體仿真軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化和可視化處理，有效的觀察和分析嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)循環(huán)過(guò)程[1]。

建立三維仿真模型，采用自適應(yīng)網(wǎng)格的劃分方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用瞬態(tài)模擬，設(shè)置流體計(jì)算域和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)計(jì)算域。計(jì)算域介質(zhì)為理想空氣，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)域的運(yùn)動(dòng)模式為旋轉(zhuǎn)模式，旋轉(zhuǎn)速度為100rad/s?？諝膺M(jìn)口溫度設(shè)為環(huán)境溫度25℃，出口溫度設(shè)置為出口平均溫度，加熱器表面溫度為45℃，壁面設(shè)置為絕熱條件。

參照GB 11243-2008，在模型中設(shè)置五個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，分別命名為A、B、C、D、E，分別監(jiān)控其速度、溫度和壓力的變化[2]。根據(jù)求解器收斂情況，判斷程序求解運(yùn)行過(guò)程是否正常，及確認(rèn)求解結(jié)束。

3 仿真結(jié)果分析

利用CFD軟件的后處理器對(duì)計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化和可視化分析。建立模型中A、B、C、D、E五點(diǎn)的速度和溫度進(jìn)行分析，與樣機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，驗(yàn)證仿真結(jié)果的合理性。如表1，2。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的分布狀態(tài)一致，并且五個(gè)監(jiān)控點(diǎn)速度平均值均在0.1m/s以下，監(jiān)控點(diǎn)溫度平均值相互之間最大相差0.1℃，滿足國(guó)標(biāo)不大于0.8℃的要求。滿足嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流動(dòng)狀態(tài)分析使用參數(shù)要求，因此可以確認(rèn)仿真結(jié)果是合理的。

4 總結(jié)

基于CFD的嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)流場(chǎng)可視化模擬仿真，分析嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流動(dòng)狀態(tài)，得到嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)部空氣流動(dòng)特性。經(jīng)過(guò)仿真結(jié)果后處理分析，能夠進(jìn)行全方位的視覺(jué)觀察嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)部空氣的整個(gè)循環(huán)過(guò)程和流動(dòng)特性，并提供詳細(xì)和完整的數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了仿真模型的形象化，可視化，參數(shù)化，彌補(bǔ)理論分析的抽象化、簡(jiǎn)單化和實(shí)驗(yàn)分析的周期長(zhǎng)，投入成本高等不足問(wèn)題，為進(jìn)一步開(kāi)展的系統(tǒng)研究，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面提供參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高飛，李昕.ANSYS CFX 14.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2013：89-90.

[2]GB 11243—2008.醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：嬰兒培養(yǎng)箱安全專(zhuān)用要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：閆愛(ài)政（1984-），男，安徽人，碩士，研究方向是電子儀器結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)，有限元分析仿真，流體動(dòng)力學(xué)的模擬仿真研究。