曝气机作为一种有效的污水处理设备在市场上的需求量很大,同时市场竞争也非常激烈,产品的设计性能好坏直接影响到用户使用的效果和经济性,也直接关系着企业的市场竞争能力。分析现有产品的不足,利用CAD及CAE技术对现有产品进行结构优化,进一步降低试验及制造成本,提高产品性能成为提高企业竞争力的很重要途径。因此,在当前形势下,进行曝气机的优化设计具:有非常现实的、重要的意义。 本文运用优化设计的思想和方法,进行曝气机结构优化的应用研究,并首次将CAE技术应用到曝气机的结构优化和工作状态模拟中来。本文首先通过试验,结合经济性等诸多因素,分析出对产品性能影响最大的因素,从而确定优化的目标。然后借助CAD技术进行产品结构的优化;利用CAE技术分析曝气机在设计过程中计算模型存在的缺陷,提出新的更为合理的计算模型。并运用CAE技术进行优化前后的工作状态模拟分析及比较,并结合实际试验验证优化的有效性。 本文研究的重点内容分为以下四个方面: 1.根据原有产品的试验情况结合市场需求,运用优化设计的思想方法,从诸多因素中提取出对产品功能影响最大的因素,确立优化的最终目标参数; 2.根据产品性能指标及经济性因素确立较为合理的评价准则,用来对曝气机优化前后的性能指标做出科学的评价; 3.对所要优化的目标选择最合理的优化方法,对部分优化目标结合厂家使用经验及运用计算机辅助设计和现场试验相结合的方法进行优化; 4.分析曝气机重要部件——导流装置在产品设计过程中基于计算流体力学软件Fluent建模的模型缺陷,提出并建立新的计算模型,运用新模型模拟优化前后不同导流装置的工作状态,初步验证优化的正确性。对初步优化的导流装置进一步优化,结合数值计算软件Matlab得出最优的导流装置底面锥角度数与喷口速度的函数曲线,从而得到最优解。 最后对优化后的曝气机样机进行试制和下水试验。结果表明:样机的溶氧率和服务面积都较原产品有较大提高。本人已将曝气管及导流装置申报专利,并已获授权(见附录)。曝气机的结构优化运用了计算流体力学及数值模拟分析的方法,以原模型作为对比,新计算模型更加接近实际工作状态。通过优化前后工作状态的模拟分析及对比,较直观的体现出优化成果。将CAE技术用于曝气机的结构优化节约了企业的试验成本,同时大大缩短的产品优化周期。