《冰箱高精度多集成设计仿真平台的研发与应用》

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冰箱的设计开发存在以下问题:冰箱设计初期,无法根据设计需求,预测冰箱性能实验、噪音水平是否达标。特别对于风冷冰箱来说,性能、噪音等关键指标相互影响制约,只通过独立的CFD、CAE仿真分析,无法系统全面的确定产品设计的最优方案,且现有仿真分析无充足的实验数据库,精度较低,无法指导设计。为此,某些关键部件需进行多个方案设计,制作模型样机进行验证,若实验无法通过,则需进一步问题整改直至通过。这种传统的设计方法造成实验资源紧张,严重影响产品的设计周期和设计成本,且设计出的产品不能保证能耗、噪音最优化,无法满足现代家电产品更新换代快、节能环保的要求。该项目积累并建立冰箱产品的设计仿真数据库,按制冷方式不同,分别对直冷冰箱、风冷冰箱进行研究,考虑并行设计和多学科集成,通过CFD流场仿真、一维系统仿真、声学仿真相结合的方式,建立全面的、高精确度、集成化的仿真平台,并成功的将技术成果应用到新产品的设计开发中。其中,主要技术创新点如下:

1、直冷冰箱性能预测及优化技术。将冰箱系统控制方法、隔热层优化及制冷系统1D仿真技术相结合,评估冰箱箱体绝热性能,利用制冷系统1D仿真,模拟直冷冰箱的系统运行情况,预测产品性能试验,优化系统控制方法(包括加热丝除霜)、隔热层厚度、制冷部件的匹配关系,降低产品能耗。

2、风冷冰箱性能预测及优化技术。将系统各间室风量分配与温度场动态仿真技术相结合,采用1D仿真建立系统模型,得到系统风量分配、最优循环比,总结出各间室运行控制方法(压缩机、蒸发器、风机、风门、传感器运行模式)。采用UDF编程将风道入口温度变化曲线规律加载到模型中,进行冰箱开停机过程的温度场动态计算,解决了瞬态计算中步长设定与精度的关键矛盾,并总结出风机风道、送风系统的设计方法。从而降低产品能耗并提升保鲜性能。

3、冰箱噪音仿真及预测技术。对冰箱风机风道模型大涡模拟,计算并提取冰箱风机风道的流场压力脉动,进行声学边界元计算。通过大量噪音分析实验数据量积累,进行仿真边界条件及结果的数据修正,并结合压缩机部位的模态仿真技术,得到预估风冷冰箱整体噪音的方法及设计规律。

该项目已申请并授权发明专利7项、实用新型2项。发表期刊文章1篇。该项目的各项创新技术应用到产品中,3项经青岛市科技成果评价机构的专家鉴定,均达到国际领先水平。

根据2015-2017年的销售数据统计,该项目技术成果已成功应用于140种产品型号的设计开发中,涉及的产品范围从三门冰箱、对开门冰箱到多门冰箱。截止到2016年12月份,累计销售冰箱3779917台,累计新增销售额651179.37万元,新增利润102033.31万元,新增税收34388.63万元。大大缩短了产品的开发周期,降低开发成本、售后维护成本和质量风险,保证了冰箱产品在节能、低噪音、保鲜等性能方面更具竞争力。随着产品设计仿真平台逐步在新产品型号上的不断拓展,在为公司创造巨大的经济效益的同时,为推动整个冰箱行业的发展以及改善人们生活品质做出了巨大贡献。

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