Fluent优化｜三维U型管

本案例演示利用Fluent中的伴随求解器优化三维U型管流道几何结构，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3D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-3d-poly.cas.gz及u-bend-3d-poly.dat.gz

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97.954521 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15.62753 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。

• 此时可以点击按钮Export…打开对话框

• 点击按钮Export STL…输出变形后的几何模型

注：昨天的文章有人留言问优化的结果有什么用，现在知道怎么用了吧，可以输出优化后的几何模型，然后你是直接3D打印也好，或者启发建模思路也罢，总之对于产品概念设计是有很大帮助的。

• 重新计算流场

• z-0m面压力场分布如下图所示。

• 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86.122742 Pa，如下图所示。压降从97.95 Pa降低到86.12 Pa，下降了12%。

可重复以上过程，持续优化计算区域形貌以减小压力降。

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