2025大赛优秀作品 | 基于Ansys Fluent的电子膨胀阀空化特性数值与实验研究

“Ansys 2025 全球仿真大会”仿真应用大赛优秀作品展示

本届仿真应用大赛最终评选出 30 篇 TOP 优秀作品，分别荣获一、二、三等奖及行业最佳实践奖。近 200 位来自汽车、半导体、高科技、能源等行业的仿真精英参赛，他们以前沿思维与创新实践，充分展现了仿真技术的无限潜能。我们将陆续为大家分享获奖佳作，带您一同领略仿真赋能创新的非凡力量，希望用户能从中汲取灵感、启迪思路。

作品名称：基于Ansys Fluent的电子膨胀阀空化特性数值与实验研究

作者： 张克鹏 | 浙江三尚智迪科技有限公司 技术中心主任

关键词：电子膨胀阀；空化特性；数值模拟；实验研究；Ansys Fluent；流动噪声；阀芯结构优化

作者说

Ansys Fluent能提供不同类型流动的求解器以及一系列物理模型，良好的用户界面提供可视化工具，方便查看分析结果及数据分析。浙江三尚智迪科技有限公司技术团队在进行产品研发中，Ansys Fluent 软件的动/变形网格技术可以很好的模拟阀门阀芯在滑动过程的瞬态过程，分析人员只需要指定初始网格和运动壁面的边界条件，网格变化完全由求解器自动生成。Ansys Fluent独有的局部网格重构技术可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题。Ansys Fluent 所具有的嵌套网格功能也极大提升了瞬态运动类型问题的分析效率。

在面对复杂流动及传热传质分析问题的过程中，Ansys Fluent 的非耦合隐式算法、耦合显示算法及耦合隐式算法可以应对各种求解需求。因此，Ansys Fluent 在技术研发过程中，可利用其高效准确的分析能力，大幅度减少物理样品制作过程、试验验证过程以及这期间产生的各种费用成本，真正实现仿真驱动创新的目的。

Ansys Fluent是理想可靠的仿真工具，帮助我们快速实现对空调系统电子膨胀阀噪声特性的研究目标；它提供了前所未有的精度，可提供与测试结果高度的仿真结果。

电子膨胀阀噪声测试系统平台

电子膨胀阀是空调系统的关键控制部件，主要用于流量调节和节流膨胀。但在小开度下，制冷剂流经电子膨胀阀时会因节流产生两相流，气相的形成与溃灭会产生噪声。本研究通过 Ansys Fluent 数值分析，探究不同开度下制冷剂进入阀内的空化特性，以阐明电子膨胀阀流动诱导噪声的产生原因。为此设计了带阀芯凹槽结构的电子膨胀阀，并对阀门流动噪声进行实验对比分析。结果表明：随阀开度增大，制冷剂流量、气相比例和湍动能均减小；相同工况下，优化模型的最大噪声水平较原模型降低 10.3%，显著低于原模型的最大峰值。

挑战/需求

作者所在机构希望通过仿真工具探究电子膨胀阀不同开度下制冷剂的空化特性，灵活更改阀开度及阀芯结构，模拟开度和结构变化后空化现象、流量、气相比例、湍动能及流动噪声的变化；仿真结果需与实验结果相近，从而为电子膨胀阀的结构优化和降噪设计节约时间与成本。

使用工具

Ansys Fluent

最终成果

优化设计的电子膨胀阀阀针造型，可以使电子膨胀阀工作过程中最大噪声水平显著降低

该研究利用 Ansys Fluent 完成了不同开度下电子膨胀阀内制冷剂空化特性的数值模拟，结合实验对比分析，明确了开度对流量、气相比例、湍动能及噪声的影响规律；设计出带阀芯凹槽的优化模型，其最大噪声水平较原模型降低 10.3%，获得了空化与噪声关联的可靠数据，为电子膨胀阀降噪设计提供了依据。

参赛作品一览