3D打印下一代阀体的CFD仿真学问

        Domin流体动力是3D打印液压领域的积极探索者，Domin流体动力制定了新的流体动力产品“稳定”设计的战略，这个战略建立在以金属3D打印技术作为制造方式的基础上。在此基础上，Domin公司对一些多年来都没有什么明显改变的液压流体动力零部件进行了重新设计与制造，包括直接驱动伺服液压阀。

      Domin流体动力利用增材制造的变革性技术自由，从功能实现的角度重新设计产品，从而创建了下一代的流体动力技术。而这其中计算流体动力学 – CFD发挥了重要的作用。

来源：DOMIN

 稳定设计产品战略

    CFD是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于”虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。

     在设计新产品时，工程师必须根据可以收集到的证据来验证他们的决定。在设计过程中，有一点必须决定哪个概念值得发展，无论是出于经济、性能还是美学原因。

       在数字时代之前，工程师依赖于基于粗略假设的计算和工程直觉。通过耗时的反复试验可以改善计算和直觉，但是这种方法在时间和成本上存在很大的限制。相对而言，CFD仿真以更准确，更省时和更具成本效益的方式每秒可进行数十亿次计算，从而在流体动力行业，CFD已被证明是设计工程师必不可少的工具。根据3D科学谷的市场观察，CFD与增材制造（3D打印，AM）结合的时候，可以实现复杂设计的快速迭代并实现满足性能目标的验证。

      拿直驱阀的设计举例，其复杂性及其几乎无限的可调节性意味着设计效率取决于准确的建模和大量的迭代。Domin流体动力通过CFD进行迭代设计，而无需花费时间和成本来制作昂贵的原型。Domin 流体动力创建了各种CFD模型，用于对泵进行动态模拟以观察气蚀风险，并对阀进行静态模拟以突出显示流体流动效率低下的区域。

图：阀体的静态CFD模型中的流体流线。来源：DOMIN

       当考虑解决问题的替代解决方案时（无论是满足流量目标还是管理疲劳应力区域），当由一名工程师进行整体设计时，CFD可以很方便地为设计人员提供信息，说明哪种设计路径最适合满足规范目标。

图：微型旋转驱动阀。来源：DOMIN

      另外一个案例是Domin流体动力开发的微型旋转驱动阀研究的一部分，通过CFD，使阀芯周围的流力优化使扭矩降低了40％，同时保持了流能力。正是通过广泛CFD技术，Domin流体动力设计和开发了具有增材制造灵活性和复杂性的高性能产品。