首页/文章/ 详情

CFD专栏丨 寻找最优解:参数优化案例(二)

2月前浏览3487

A


数值仿真的参数优化

在上期文章中,我们给大家带来了机翼多学科优化、拟合试验曲线、一维CFD模型参数的DOE和回归分析三个参数优化案例,本期文章将继续为各位讲解多个 Altair CFD 参数优化案例,一起来看看吧。


案例:汽车排气管形状优化



燃油车的尾气排放通过三元催化转变为无害的二氧化碳、水和氮气。排气管的紊乱流动会造成:部分废气未被化学反应,产生污染;气流集中在局部加速催化剂老化;压力损失大,汽车动力性能下降。


优化参数:排气管弯头的形状。优化目标:提高弯头气流出口截面上的速度均匀性,降低流阻。


 


HyperMorph工具将弯管切割为8个截面,每个截面的控制点可以在流动方向和垂直流动方向移动,从而产生8 x 2个形状变量


 


采用GRSM全局响应面法,评估50个设计点,16核服务器运算74小时。优化后阻力降低17%,均匀性提高了3% 


对比原设计和优化设计:速度截面显示速度均匀性提高;三维流线显示原设计的弯头内的大旋涡明显缩小。

 

原设计(左),优化(右)


 

原设计(左),优化(右)


 

CAD造型:原设计(左),优化(右)



案例:汽车扰流板的涡激振动优化(流固耦合)



柔性扰流板位于汽车的尾迹区,当外流场的激励频率接近柔性体的固有频率时,会发生比较大的自激振动现象。优化参数是板的外形,HyperStudy先调用OptiStruct计算模态,再调用AcuSolve计算外流场。优化后最大振幅减少60%


 


 

扰流板的振幅时间历程


 


案例:电池包的温度均匀性优化



优化参数:电池冷却通道的12个外形设计变动。优化目标:提高电芯的温度均匀性。

 

优化前-温度场


 

优化后-温度场


 

电池包冷却通道形状设计变动参数


 

电池包温度场优化过程



案例:发动机排气管流阻优化(4个入口,一个出口)



优化参数:管路3个外形设计变动

优化目标:降低流动阻力


 

HyperMorph定义形状变量



 

优化前

优化后


 

排气管流阻优化过程



案例:离心风机的叶片优化



出于制造成本的考虑,离心风机的叶片采用的是二维圆弧翼型。通过修改翼型提高流量。设计约束:蜗壳不变,叶轮转速、直径和高度不变。


AcuSolve的四面体网格共570万,优化计算时间66小时(40CPU核),采用GRSM寻优120次找到最优解。


 

离心风机的外形


 

离心风机的外形


HyperMorph 的定义:shape1-叶片头部,shape2-叶片中部,Shape3-叶片旋转,Shape4-叶片拉长


 

shape 1

 

shape 2

 

shape 3

 

shape 4


新的叶片头部略伸长,尾部曲率变大。优化后风扇的流量提高4.7%,气动效率提高约5%。如结合蜗壳的外形优化,可一步提高优化空间。

 

离心风机叶片对比



案例:大巴车的风阻优化


更小的风阻系数Cd有助于节油,大巴车迎风面积很大,很难做成完全的流线型,但任然可以通过变动车头和车尾的造型改善风阻。 


CFD后处理显示优化方案减少了车头的气流分离和尾迹的负压区,气动阻力降低了约16%。


 

双层大巴车原设计

 


 

HyperMorph 的变形空间


 

变形后的车身


 
 



案例:船舶阻力优化



球鼻艏(bulb bow)是船首部水面以下的球状突出部分,其大小和形状与船体相配合可对水的压力起抵消作用,产生的船波阻较小,并可改善船体附近水流情况,以减小船的阻力。

 


 

船舶外流场网格

 

船舶外流场流线


球鼻艏的3个形状变量:前后形状变化,上下形状变化,左右形状变化 


1个优化目标:最小化阻力

 

在 HyperStudy 中进行DOE分析,Main Effects 图显示Shape1对阻力影响最大。


 
 


在HyperStudy中进行响应面拟合,再基于响应面进行阻力的优化。


 
 


优化效果:


  • 优化后水阻力降低4.41% ,这将转化为船舶整个生命周期内燃料消耗减少4.41 %(或在相同功率消耗下达到更高的速度)。 


  • 从优化结果来看,较优结构趋势为球鼻艏前伸,收缩截面 


 

优化前后形状比较(绿色为原始形状,黄色为优化后形状)



案例:无人机的外形优化



优化后Cd 减少 = 10%, Cl增加=2.9%


 

Morph空间


 


 

变形后的表面网格


来源:Altair澳汰尔
HPCOptiStructAcuSolve振动化学形状优化多学科优化航空航天船舶汽车电子参数优化控制试验人工智能Altair
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-03-08
最近编辑:2月前
Altair澳汰尔
澳汰尔工程软件(上海)有限公司
获赞 89粉丝 299文章 697课程 3
点赞
收藏
未登录
还没有评论

课程
培训
服务
行家

VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈