使用Fluent中的共轭求解器优化目标几何形状的完整过程

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了一个利用Fluent共轭求解器优化几何形状以降低流动压降的完整案例。首先，构建了一个流体流动模型，并采用扫掠形式划分全六面体计算网格。随后，通过流场计算，确定了初始压降值为16397 Pa。接着，在Adjoint Solver设置中定义了优化目标为压降值减小5%，并设置了求解方法和控制参数。经过计算，实现了网格的修改，最终得到优化后的压降值为16270 Pa，虽未显著减少，但展示了优化过程的可行性。此外，还提到了在定义网格变形时可以考虑制造约束，为进一步优化提供了方向。

本案例演示利用Fluent中的共轭求解器优化目标几何形状以降低流动压降的完整过程。

1 几何模型

如下图所示的几何模型。

流体从一侧以3 m/s流入，从另一侧流出。优化其几何结构，流体压降最低。

考虑模型对称性，采用二分之一模型进行计算，如下图所示。

扫掠形式划分全六面体计算网格。

2 流场计算

采用常规计算设置。

1、湍流模型

• 采用Realizable k-epsilon湍流模型

2、介质参数

• 密度：1000 kg/m3

• 动力粘度：0.001 kg/(m-s)

3、边界条件

• 入口速度：3 m/s

• 出口静压：0 Pa

其他参数保持默认设置。

计算完毕后对称面上速度分布如下图所示。

壁面上压力分布如下图所示。

进出口压力统计如下图所示，压降为16397 Pa。

3 Adjoint Solver设置

3.1 定义优化目标

• 进入Design标签页，如下图所示点击按钮Observable，打开设置对话框

• 弹出对话框中点击按钮Manage...弹出对话框

• 点击按钮Create弹出新的对话框

• 选择列表项Pressure-drop，采用默认名称，点击按钮OK弹出对话框

• 如下图所示选择用于计算压降的进出口边界，点击按钮Apply创建目标，并点击OK按钮关闭对话框

• 此时可以点击按钮Evaluate，在TUI窗口会显示当前压降值

如下图所示，当前压降值为16396.996 Pa，这与前面统计的压降值相一致。

3.2 定义求解方法

• 点击按钮Methods...弹出设置对话框

• 如下图所示保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

3.3 求解控制

• 点击按钮Solver Controls...弹出设置对话框

• 激活选项Use StabIlized Scheme，点击OK按钮关闭对话框

3.4 计算求解

• 点击按钮Calculate...弹出设置对话框

• 如下图所示设置参数Number of Iterations为200，点击按钮Calculate开始计算

注：若200步计算无法收敛，可增大计算步骤继续计算。

3.5 设计工具

• 点击按钮Design Tool...打开设计工具对话框

• 进入标签页Design Change，选中列表项walls

• 进入Objectives标签页，如下图所示选中列表项pressure-drop-01，激活选项Target Change In Value，设置Target/Reference Change为-5，激活选项As Percentage，点击按钮Apply

注：这里设置目标为压降值减小5%

• 进入Region标签页，如下图所示设置参数，控制网格可变区域

本案例设置的可变区域如下图所示。

• 进入Region Conditions标签页，如下图所示设置参数

注：此标签页下的参数会控制网格变形的精细程度，设置的Points越大意味着越精密，不过也会增大计算量。

• 进入Design Change标签页，点击按钮Calculate Design Change，此时可以看到目标变化值为-819.8498 Pa

注：这里的目标变化值只是通过前面设置的5%计算得到的，实际减小的压降值未必能达到这么大。

• 点击按钮Modify修改计算网格

查看网格，如下图所示。

重新计算查看流场分布，壁面压力分布如下图所示。

对称面上速度分布如下图所示。

统计进出口压力，如下图所示，可得到总压降为16270 Pa。

好像并没有减小多少，可以重复上面的步骤，持续优化几何形状以减小压降。本例并未考虑制造约束方面的问题，实质上在定义网格变形时是可以对变形方式进行约束的，有兴趣的道友不妨一试。

END

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