高效还不出错！Fluent2023R1新功能仿真模型参数化攻略
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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- 内容稀缺
导读：“Ansys 2023 R1新版本已在全球正式发布，在新版本产品中实现了多个性能和功能改进；目前Ansys官网已上线多场新版本网络研讨会，将介绍Ansys各产品线在此次2023 R1 版本中的新功能和特性”。
为帮助仿真秀平台用户更好理解并掌握Ansys 2023 R1新版本功能，即日起，仿真秀陆续会组织行业资深用户（平台讲师），从流体、结构，低频和高频电磁等多个维度来分享用户在使用Ansys2023 R1版本新功能的感受和宝贵经验，冀以抛转引玉，供广大的工程师朋友和理工科学子交流。
一、写在文前
Fluent2023R1软件中完整发布的多GPU求解器功能，能够为广泛的应用充分发挥多个GPU的强大功能，从而显著减少求解时间和总功耗。此次完整发布版本增加了对组分输运、非刚性（non-stiff）反应流以及大涡仿真（LES）增强数值计算的支持。而本文笔者给大家介绍，我 眼中的参数化方法与案例应用。强烈推荐大家报名4月24日19时30分，我在仿真秀组织线上公开课，详情减后文。
ANSYS 2023R1新功能（一）：Fluent参数化分析方法与案例应用-仿真秀直播
二、Fluent2023R1参数化方法
1、参数化的意义
所谓参数化，指利用参数表达各类信息，例如将流体速度和压力分别用v、P进行表示。
Fluent中，参数包括输入参数和输出参数两类。输入参数是指人为指定，作为已知信息的参数，例如入口速度、固体表面温度等，本文不涉及几何类参数（曲线长度、圆柱半径等）。输出参数是指模型计算结束后，通过数据处理获得的参数，例如气动升力、最高温度等。
将仿真模型参数化有诸多好处：
（1）提升效率并防止错误。复杂模型，若每个边界或者计算域均单独设置一遍，必然工作量是极大的。例如模型中有几十个入口，每个入口都要设置一遍入口的速度，手动操作十分繁琐费时。与此同时，也容易出现输入错误、遗漏等情况。若直接调用已设置好的入口速度参数，不仅效率更高，也不容易出错。（2）方便重用。后续若有相似工况需要分析，只需要简单的修改参数即可，不需要额外进行其他操作。例如分析风扇不同风量下的效率，只需要修改风量参数的取值即可进行计算。（3）便于做数据统计和分析。将输入和输出参数的数值整理成列表，可通过Matlab等数据分析软件分析输入参数和输出参数之间的函数关系，便于发现规律，理解设计。同时，调用OptiSLang、ModeFrontier等优化工具还可以分析优化方向以及参数取值最优组合。在需要输入数字的地方，下拉菜单中可选择”parameters“选项创建输入参数。如图所示，入口速度设置中，可选择parameters选项中，创建新的输入参数在弹出的参数创建界面中，手动指定参数数值，并需要勾选”use as input parameter”选项
对于速度、压力等涉及单位制的物理量，其单位制可使用kg-m-s体系单位制，也可以使用其他换算单位。如下图，速度单位为英里/小时，Fluent求解过程中会自动将换算到m/s。
若参数设置的单位和需要的单位不匹配，则会提示错误信息。如下图，对入口速度定义中，使用压强单位Pa，会提示单位不正确。
（2）定义输出参数
定义输出参数，需要通过创建report definition进行。在设置report definition的时候，勾选”create output parameter“选项创建输出参数。输出参数的单位制无法人为指定，由设置的Fluent物理量单位决定。例如上图所示为体积流量，则单位默认为 m^3/s，同时Fluent中通过修改物理量的默认单位，可在输出结果的时候显示为 cm^3/s 等其他Fluent支持的单位。勾选“report file”选项后，输出的结果数据文本文件中物理量单位均基于kg-m-s国际单位制。（3）参数的应用
在Fluent界面左侧，可查看所有创建的输入参数、输出参数信息。对于输入参数，在参数设置界面上可显示应用了此参数的设置对象。若“used in”部分是空白，则说明此参数没有被任何对象使用。对于Fluent而言，参数本质上是一种特殊的表达式，可在表达式中进行引用，从而方便的利用表达式功能对其他对象进行设置。接下来，我们基于参数化模型快速进行多个工况仿真和对比的方法。（1）输入参数：工况的设置数据，例如各类边界条件数据等
（2）输出参数：仿真结果数据，例如截面流量、最高温度等
（3）设计点：输入参数取值的一个组合
（4）基准设计点：作为工况模板的设计点，定义了物理机理、边界条件、后处理展示等必备内容
本文以分析带攻角的有厚度平板在不同流速下的气动特性为例，讲述参数分析的设置要点
输入参数为入口空气速度，输出参数为板的阻力（X方向受力）和升力（Z方向受力）注意事项：需要先完成基准设计点的仿真和后处理相关设置，再进行参数分析。下述内容，主要基于Fluent界面上方parametric工具栏中相关功能进行操作。1、初始化
在开始参数分析之前，必须先进行参数序列的初始化（不是流场的初始化）。点击initialize即可。点击后会弹出文件对话框，保存相关的Fluent 项目文件。2、增加设计点
设计点的增加可通过手动操作，也可以基于内置的OptiSLang的设计点抽样方式进行自动设置。也可以导入或导出设计点的参数组合数据（CSV格式）自动创建设计点界面如图所示，设定抽样算法、样本数量、变量取值范围后，点击创建按钮，会后台调用OptiSLang计算各个设计点的参数取值。在Fluent界面右侧，会出现设计点组合的参数显示上图中，DP1和DP2是手动创建的设计点，base DP是已经完成运算的初始设计点。状态栏中，会显示设计点的状态，其中所谓更新指Fluent求解此参数组合工况，获得输出参数值。状态显示为“needs update”的设计点，可以手动修改输入参数取值。若需要保存完整的流场结果数据，需要勾选“write data”，否则将只能获得输出参数取值和基于基准设计点设置的后处理结果。3、更新状态
所谓设计点更新，指完成设计点工况的求解和后处理工作。上图中，如果所有设计点想同时更新，点击“update all”即可。更新方法中，sequential表示每个设计点分别求解，在上个设计点求解完成后再开始下个设计点求解；concurrent表示所有设计点同时求解。通过“show summary”，可查看设计点状态统计4、设计点对比
可创建曲线图，获得输入参数和输出参数之间的变化关系。对于已创建的曲线，在Fluent界面左侧树形菜单中也有列表显示。完成设计点更新后，可利用自动化报告进行设计点比较。点击“parametric report”，生成报告生成后，可在报告文档中基于云图、矢量图等比较不同设计点下的物理量分布规律自动生成的报告，Fluent可输出为PDF或者HTML格式进行保存。5、文件体系
参数化项目相关文件以flprj的Fluent项目文件形式保存。与之配套还有一个同名文件夹，保存于相同目录下。在后续调用参数分析时，可无需基准设计点的CAS和DAT文件，直接读取flprj文件即可。为帮助大家更好的理解并掌握以上内容，笔者受邀在仿真秀Ansys2023新功能系列讲座首场报告带来《Fluent参数化分析方法与案例应用》，以下是直播安排，欢迎报名和分享。
ANSYS 2023R1新功能（一）：Fluent参数化分析方法与案例应用-仿真秀直播
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