Fluent优化｜U型管

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了利用Fluent中的伴随求解器优化U型管流道结构以降低进出口之间压力降的案例。首先，通过定义目标变量和数值算法，利用Fluent进行初步计算，获取当前压降值。然后，通过共轭求解和优化设计步骤，不断调整计算区域形貌以减小压力降。最终，通过重复优化过程，成功降低了U型管进出口之间的压力降，并提供了相关文件下载链接。

 本案例演示利用Fluent中的伴随求解器优化U型管流道结构以降低进出口之间的压力降。

1 问题描述

案例模型如下图所示。

计算条件包括:

采用2D几何模型

不考虑流体介质的可压缩性

入口速度15m/s

采用k-epsilon湍流模型及增强壁面函数

优化目标：减小U型管进出口之间流体压力降。

注：本案例从cas与dat文件开始。Fluent计算参数设置过程本案例不详述。

2 定义目标变量

启动Fluent，读取文件u-bend-2d.cas及u-bend-2d.dat

查看计算结果，速度分布如下图所示。

点击Design标签页下按钮Observable…打开对话框

如下图所示，点击对话框按钮Manage…打开新的对话框

如图所示，新对话框中点击按钮Create…打开对话框

如图所示，对话框中选择选项Observable types，选择列表项pressure-drop，点击OK按钮打开新的对话框

如图所示设置对话框参数，点击Apply按钮及OK按钮

注：在所有的adjoint面板中，若同时存在Apply及OK按钮，通常需要先点击Apply按钮，再点击OK按钮。

返回至Adjoint Observables对话框，如下图所示，选择选项Minimize

点击按钮Evaluate可在TUI窗框中查看当前压降为49.4772 Pa，如下图所示

3 数值算法

点击按钮Methods…打开设置对话框

如下图所示采用默认设置，点击OK按钮关闭对话框

点击按钮Solver Controls…弹出对话框，可设置求解控制参数，如下图所示，采用默认设置，点击OK按钮关闭对话框

点击Monitors…按钮可打开残差设置对话框，如下图所示采用默认设置，点击OK按钮关闭对话框

4 共轭求解

点击工具栏按钮Calculate…打开计算对话框

点击按钮Initialize进行初始化，设置参数Number of Iterations为1000，点击按钮Calculate开始计算

计算残差如下图所示。

5 优化设计

5.1 定义目标

点击工具栏按钮Design Tool…打开设置对话框

进入Objectives标签页，如下图所示，选择列表项pressure-drop，选择选项Decrease Value，点击按钮Apply

5.2 定义优化区域

进入Region标签页，如下图所示设置计算区域

打开网格显示，如下图所示蓝色 区域为优化区域

进入Region Conditions标签页，如图所示设置参数，点击按钮Apply

5.3 计算设计变化并更新网格

进入Design Change标签页，如图所示选择列表项wall作为可变边界

修改Freeform Scale Factor为5

点击按钮Calculate Design Change

此时可看到预期压降降低值，如图所示为16.71185 Pa。

点击按钮Preview…可预览变形后的网格形状，如下图所示

保存cas与dat文件

点击按钮Modify修改网格

此时可查看网格，如下图所示。

重新计算流场

压力场分布如下图。

可在Adjoint Observables对话框中点击Evaluate按钮查看压降值

TUI窗框中显示当前压降值为46.085072 Pa，如下图所示。

可重复以上过程，持续优化计算区域形貌以减小压力降。