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使用Fluent中的共轭求解器优化目标几何形状的完整过程

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4年前浏览5517

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

下载地址:https://pan.baidu.com/s/1H9aej6uDKo60ZRMRbBF8pA

提取码: vfi2

Fluent流体基础换热散热群体平衡多相流通用建筑
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首次发布时间:2019-07-15
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CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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2条评论
何贻海
有志者,事竟成!
3年前
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崩溃大陆
签名征集中
3年前
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