创意三瓣式异形导流结构造型设计

　　做结构设计这行快十二年，经手的异形曲面件没有一百也有八十，这次拿到这个三瓣外伸的异形结构数模，第一反应是这不是常规的管路导流件，更偏向文创类工业装置的核心导流结构，先从实际应用场景拆解，这类结构大多用在公共空间的艺术化水景装置、文创展陈的流体演示设备上，也有小部分改型后用在特种通风系统的出风口匀流段，和常规的直筒、锥形导流结构不一样，它的三个外伸瓣体不是随便做的造型，每一个瓣体的曲面曲率都是顺着流体走向走的，我当初第一次做类似造型的时候，一开始只追求外观弧度，打样出来做流体测试，三个出口的流速差能到百分之四十，后来反复调整曲面的G2连续点，把瓣体根部的过渡圆角从R5调到R12，再把每个瓣体的末端收窄角度控制在17度，才把三个出口的流速差压到百分之八以内，满足匀流的使用要求。

　　说回这个结构的功能特性，它的核心作用是把单入口输入的流体，均匀分成三路从三个瓣体的末端导出，同时靠异形的曲面造型兼顾视觉展示效果，和普通的三通接头不一样，普通三通是硬转折，流体经过的时候会产生明显的紊流和压损，这个结构的所有流道内壁都是连续顺滑曲面，没有直角转折，流体从中心腔体进入之后，会顺着曲面自然分流到三个瓣体的流道里，压损比同通径的普通三通低百分之二十七左右，我之前给一个商业综合体做水景装置的时候，一开始用的是普通不锈钢三通，水泵扬程选到15米，末端出水还是有气堵、喷流忽大忽小的问题，后来换了类似的曲面导流结构，水泵扬程降到12米，三个出口的喷流高度差还能控制在2厘米以内，运行噪音也降了快6分贝。

　　设计思路上，这个结构没有用常规的实体拉伸加切除的方式做，而是先搭了中心腔体的基础曲面，再根据三个出口的朝向角度，分别画出每个瓣体的引导线，引导线的曲率变化是从中心向外逐渐放缓的，避免出现曲率突变导致的流道截面骤变，三个瓣体的朝向夹角是均匀的120度，保证每一路的流道长度基本一致，这也是匀流的基础，要是三个瓣体的长度差超过15毫米，流速差就会明显上升，另外瓣体的截面不是正圆形，是从根部的类圆形逐渐过渡到末端的扁椭圆形，这样流体导出的时候会形成薄而宽的流幕，不管是做水景的水幕效果，还是做通风的匀流出风，效果都比圆形出口好很多，我之前试过把末端做成正圆形，出水是柱状的，打到承接面会溅得到处都是，改成扁椭圆之后，流幕铺开的宽度能到120毫米，溅水问题直接解决了。

　　再讲外形尺寸和安装边界，这个结构的中心腔体最大外径是180毫米，三个瓣体完全展开之后的最大外轮廓直径是420毫米，整体高度是280毫米，安装的时候需要注意，中心入口的连接法兰是在结构的底部，法兰的安装孔位是均布的6个M8螺纹孔，孔位中心圆直径是120毫米，安装面的平面度要求要达到0.1毫米每100毫米，不然安装之后会出现密封不严的渗漏问题，另外三个瓣体的末端距离安装基准面的高度差不能超过2毫米，不然三路流体的导出高度会出现明显偏差，要是用在水景装置上，还要在每个瓣体的末端预留10毫米的整流段安装位，方便加装整流网进一步消除紊流，要是用在通风系统上，瓣体的壁厚要从常规的3毫米加到4毫米，避免通风时的气流激振导致结构共振，我之前有个项目就是壁厚选薄了，风速到8米每秒的时候结构就开始嗡嗡振，后来在瓣体内侧加了2毫米的加强筋，才把共振频率避开了常用风速区间。

　　实际生产的时候，这种复杂曲面结构用常规的机加工方式做成本很高，大多是用3D打印做小批量样件，量产的话开硅胶模做树脂浇注或者铸铝，要是用在户外水景上，材质选304不锈钢的话，就要做曲面的抛光处理，表面粗糙度要达到Ra1.6，不然长期泡水容易挂水垢，影响流道的顺滑度，我之前维护过一个类似的水景装置，用了两年没清理，流道内壁挂了1毫米厚的水垢，三个出口的流速差直接升到百分之二十，后来拆下来抛光清理之后才恢复正常，所以设计的时候还要考虑后期维护的便利性，中心腔体的顶部最好做成可拆分的端盖结构，方便伸手进去清理流道内部的杂物和水垢，不要做成完全密封的一体结构，不然后期维护只能整个拆下来，非常麻烦。

　　另外做这类异形曲面结构的时候，一定要注意壁厚的均匀性，整个结构的壁厚差不能超过1毫米，不管是3D打印还是铸造，壁厚不均都会导致成型的时候出现变形、缩孔的问题，我一开始做类似结构的时候，瓣体根部的壁厚做到了5毫米，末端只有2毫米，3D打印出来之后，瓣体往中心翘了快3毫米，根本没法安装，后来把整个结构的壁厚统一调整到3毫米，根部过渡位置做局部加厚到3.5毫米，变形量直接控制在0.3毫米以内，满足安装要求，还有流道的内壁不要做多余的凸起或者刻字，哪怕是很小的凸起，都会在流体经过的时候产生涡流，影响匀流效果，所有的曲面过渡都要做到G2连续，不要出现硬棱，不然不仅流体效果差，外观上也会有明显的折痕，达不到文创装置的视觉要求。