Panasonic Eco Systems 運用 Cradle CFD 革新風扇研發：噪音降低 3.3 dB、效率提升 4.2 pt

Panasonic Eco Systems（松下環境系統）把 Cradle CFD 放進風扇研發的核心流程：以參數最佳化找出高效率葉片，用 LES 大渦模擬找出噪音來源再微調，最終噪音比現行產品低 3.3 dB、全壓效率提升 4.2 pt；吊扇則以 scFLOW 與 MSC Nastran 流固耦合，評估側風下的葉片振動與結構安全。

在室內空氣品質（IAQ）領域深耕多年的 Panasonic Eco Systems（松下環境系統），長期致力於打造更舒適、健康的生活空間。面對現代住宅對「極靜音」與「高省電」越來越嚴格的要求，Panasonic 團隊把 Cradle CFD 熱流分析軟體放進產品研發的核心，開發出兼具高效能與高安全性的新一代風扇產品。

本文整理 Panasonic 如何透過 scFLOW 與 Co-Simulation 流固耦合技術，完成傳統研發很難做到的「噪音視覺化」與「設計最佳化」。

換氣扇形狀最佳化

Optimus for Cradle + SCRYU/Tetra，30 組案例找出帕累托最佳解，噪音 −2.5 dB、全壓效率 +2.4 pt。

LES 找噪音來源

約 4,000 萬網格、144 核平行計算，找出葉片前緣與外圍的渦流剝離後微調形狀，噪音再降 0.8 dB，合計 −3.3 dB、效率 +4.2 pt。

吊扇流固耦合

scFLOW + MSC Nastran 透過 MSC CoSim 雙向耦合，重現冷氣側風下的葉片振動，評估結構安全。

研發挑戰一：換氣扇的多目標形狀最佳化

隨著各類家電逐漸走向靜音化，換氣扇的運轉聲成了居住環境中不可忽視的噪音源。但風扇的噪音產生機制非常複雜，如果只盯著「噪音值」調整，往往抓不到真正的關鍵。

Panasonic 研發團隊的切入點是：「損失越少的高效率風扇，產生的噪音通常也越小」。團隊選出對風扇性能影響最大的三個幾何參數：翼弦長（Chord length）、前傾角（Rake）與前進角（Skew），並以「低軸動力（高效率）」與「大風量」作為兩大最佳化目標。

• 工具：Optimus for Cradle 參數最佳化軟體 + SCRYU/Tetra（約 900 萬網格解析模型）
• 效益：只用 30 組案例模擬就收斂出帕累托最佳解（Pareto Solution），大幅減少實體樣品試作的成本與時間
• 實測驗證：選定的最佳化形狀 No.2 噪音降低 2.5 dB，全壓效率提升 2.4 pt

研發挑戰二：用 LES 大渦模擬看見「微小渦流與噪音」

拿到最佳化形狀後，Panasonic 團隊沒有停下來。為了追求更好的靜音表現，團隊進一步針對最有潛力的形狀，深入探討噪音是怎麼產生的。

團隊採用高精度的 LES（Large-Eddy Simulation，大渦模擬），捕捉傳統 RANS 模型很難呈現的微小渦流與壓力波動。

• 計算規模：約 4,000 萬網格，144 核平行計算，單一案例約 85 小時
• 機制捕捉：在葉片前緣與外圍區域找到低壓渦流剝離現象，據此微調葉片邊緣形狀
• 成果：微調後噪音比最佳化結果再降 0.8 dB，與現行產品相比合計降低 3.3 dB，全壓效率提升 4.2 pt

研發挑戰三：吊扇受側風影響的流固耦合安全評估

在東南亞、中東、印度等市場，天花板吊扇非常普及。當吊扇裝在冷氣出風口附近時，強勁的外部氣流（側風）會讓葉片產生複雜的非定常振動，設計不當可能影響運轉壽命或結構安全。

為了準確預測葉片在運轉中的受力與變形，Panasonic 導入多物理量連成解析（Co-Simulation）：

工具

熱流體分析軟體 scFLOW + 結構分析軟體 MSC Nastran，透過 MSC CoSim 即時交換資料。

資料交換

scFLOW 即時計算葉片表面的流體壓力並傳給 MSC Nastran，Nastran 算出葉片的位移與變形再回傳 scFLOW，形成雙向動態耦合。

效益

重現並視覺化吊扇受外部氣流干擾時的振動行為，為產品的結構強度與長期安全性提供數據依據。

結語：模擬與實驗互補的研發方式

Panasonic Eco Systems 的案例展現了 CAE 模擬在現代產品設計中的價值：用最佳化與多物理量耦合縮短開發時程，用詳細解析釐清物理機制，再以實驗驗證，兩者互相補足。

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