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基于adjoint求解器的弯管拓扑优化（二）

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1 前言

本案例延续之前的弯管拓扑优化，只是将优化目标设置为出口速度均匀性。当然，实际情况下，可能会设置多个目标，并给定各个目标的加权系数。

2 建模描述

采用之前的计算模型，二维平面90°转角流道，流道宽度20mm，两个臂长100mm。介质为空气，出口背压为0Pa，入口采用速度入口边界，流速5m/s。

3 结果与讨论

我们先看一下优化前的速度分布（该部分为基础操作，本案例不再描述操作步骤）。

优化前出口的速度分布曲线如下，可以看出速度分布曲线有显著倾斜，与速度分布云图结果相对应。

接下来我们采用FLUENT的adjoint伴随求解器来对形状进行优化。

首先，创建一个observable，类型为出口全压变化值（由于我们设定出口静压为0Pa，因此出口的全压分布即可表征速度分布），目标为最小化，并估算一下优化前的值，20.71Pa。

接着，设置一下adjoint的求解方法，采用best match设置即可。

其他采用默认设置。

按如下设置design tool，需要优化的区域为壁面，优化目标为全压变化减少50%，

设置好design tool后，设置优化器，点击initialize和optimize进行初始化和迭代求解。

经过数次优化迭代后，出口全压变化值减少到了34.46Pa。

我们看一下优化前后的出口速度曲线对比，优化后的均匀性有了显著改善，且呈现出充分发展的趋势（黑色曲线）。

我们看一下优化后的弯管形状，显而易见地，内侧转弯处进行了大幅优化。

我们看一下优化后的进出口静压降和全压降，分别为7.52Pa和3.06Pa。

我们注意到优化后的网格变形较大，此时的最小正交质量0.35，最大细长比90.78，为了避免网格质量造成的计算不可靠，我们将计算结果几何模型导出，重新划分网格，导出方法参考上一个案例。

重新创建优化有的几何模型并划分网格，此时网格质量有了大幅提升。需要注意的是，本案例优化区域设置的不合理，造成出口也发生了形状变化，可考虑将区域设置为仅仅包括壁面。

重新建模划分网格计算，进出口静压降和全压降分别为8.76Pa和4.332Pa。

出口的速度分别曲线对比如下，包括上述的压降偏差，都是网格引起的计算误差。

来源：仿真与工程

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首次发布时间：2023-10-16