《ANSYS教学算例集FL_U型管优化设计（内部培训）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS教学算例集FL_U型管优化设计（内部培训）（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ANSYS教学算例集U型管优化设计撰写： CC审核：校对：2019年10月30日目 录关键字：算例来源：1. 摘要12. 案例描述13. 操作步骤13.1. 导入case设置与结果查看13.2. Adjoint Solver优化64. 本章小结17I1. 摘要本算例使用ANSYS Fluent 19.0软件，对一U型管风道系统进行仿真优化，文档内包含详细的网格导入、模型选择、材料物性、边界条件、求解参数、后处理的设置。通过仿真优化计算获得风道最小压降对应的形状。2. 案例描述本算例仿真的风道系统为一U型管，空气从一侧以15m/s速度进入，出口压力为大气压。流动假设为湍流流动，本例从提供的原始几
2、何获得当前几何下的压降值，然后以进出口压降值作为目标，通过Adjoint Solver求解器优化管路形状，以搜寻到压降最小所对应的形状，从而达到优化目的。 3. 操作步骤3.1. 导入case设置与结果查看3.1.1. 创建工作目录并启动Fluent在硬盘上创建英文名称的文件夹（例如Ubend），将case文件U-Bend.cas.gz和data文件U-Bend.dat.gz拷贝至该目录下。启动Fluent 19.0，在Fluent Launcher中，Dimension选择3D，Display Options中勾选Display Mesh After Reading和Workbench Co
3、lor Scheme，Processing Options选择Parallel，设置使用双核计算（用户可以根据现有的硬件资源和License授权酌情选择合适的并行数），更改Working Directory路径至该网格文件目录下，点击OK启动Fluent 19.0。3.1.2. 导入已有计算文件菜单中点击【File】【Read】【Case & Data】，选取case文件U-Bend.cas.gz，点击OK导入已有结果的计算case。此时，图形界面中可以查看导入case的网格。3.1.3. Models模型设置确认在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】【Models】，进行物理模型设置检查
4、。展开树中【Setup】【Models】，可以观察到Viscous选项后括号中为Realizable k-e， Enhanced Wall Fn，表示粘性计算模型使用的是湍流双方程Realizable k-epsilon，壁面函数使用Enhanced Wall Function，同时观察到Energy选项后括号中为Off，表明计算不涉及温度，不考虑能量方程。3.1.4. Materials材料设置查看在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】【Materials】【Fluid】【stuff】，进行材料物性设置的查看。在弹出的Create/Edit Materials窗口中，查看Properti
5、es下的值为默认设置，空气流动为不可压缩流动。点击Cancel退出对话框。3.1.5. Cell Zone Conditions设置检查在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】【Cell Zone Conditions】【Fluid】，进行体网格区域条件的查看。在Cell Zone Conditions的Task Page中Material Name为air，表明当前设置的流体材料属性air已经应用在计算域中。3.1.6. Boundary Conditions设置查看在最左侧的树中，鼠标左键双击【Setup】【Boundary Conditions】，进行边界条件的设置查看。3.1.6.1
6、. 出口边界条件查看在Boundary Conditions的Task Page中，点击Operating Conditions，参考压力为101325Pa，鼠标左键双击outlet，在Momentum选项卡中，Gauge Pressure(pascal)值为0，表示U型管出口绝对压力为一个标准大气压。Turbulence下Specification Method设置为Intensity and Hydraulic Diameter，出口回流湍流强度设置为10%，水力直径与U型管管径一致为0.02m。 3.1.6.2. 进口边界条件查看在Boundary Conditions的Task Pag
7、e中，鼠标左键双击inlet， 观察Velocity Magnitude值为15m/s。湍流设置进口湍流强度为5%，水力直径为0.02m。3.1.7. Solution Methods求解方法设置查看在最左侧的树中，鼠标左键双击【Solution】【Methods】，进行求解方法的设置。观察到Scheme设置为Coupled，Spatial Discretization下Gradient设置为Green-Gauss Cell Based，Pressure设置为Standard，Momentum、Turbulent Kinetic Energy和Turbulent Dissipation设置为F
8、irst Order Upwind。Wraped-Face Gradient Correction勾选，当求解网格包含多面体网格，Fluent会自动开启该功能，为了提高高长宽比网格处的梯度计算精度。3.2. Adjoint Solver优化3.2.1. 管理定义监控值在菜单栏中选择Design标签，点击Observables按钮，弹出Adjoint Observables对话框。点击Manage，在弹出的Manage Adjoint Observables对话框点击Create，弹出Create New Observable窗口，选择Observable types，下方选项栏中选中press
9、ure-drop，保持Name为默认名pressure-drop，点击OK确认选择。回到Manage Adjoint Observables对话框，选择Total Pressure Drop选项中Inlets下的inlet边界，Outlets下的outlet边界，点击OK，确认压差计算的两个边界面。回到Adjoint Observables窗口，Sensitivity Orientation下设置为Minimize。点击Evaluate可以预览当前case计算所得的压降值，可以在Console界面中查看到具体的压降值。点击Close关闭监控值设置。3.2.2. 求解器设定在菜单栏Design标
10、签下选择【Adjoint-Based】【Methods】，在弹出的Adjoint Solution Methods里选择默认设置，点击OK完成求解器设定。3.2.3. 求解器控制设置在菜单栏Design标签下选择【Adjoint-Based】【Solver Controls】，在弹出的Adjoint Solution Controls窗口中，去选Solution-Based Controls Initialization和Auto-Adjust Controls，勾选Use Stabilized Scheme，点击Stabilization Settings，确认Scheme type为Dis
11、sipation Scheme，其余设置为默认，点击OK确认设置。勾选Show Advancement Controls。设置Courant Number为5，Artificial Compressibility为0.01，其余数值为默认值，去选Show iterations。点击OK确认设置。3.2.4. 设置残差监测在菜单栏Design标签下选择【Adjoint-Based】【Monitors】，在弹出的Adjoint Residual Monitors窗口中选择Equations下Adjoint continuity和Adjoint velocity的Criteria值为0.001，点击
12、OK确认设置。3.2.5. 伴随矩阵计算在菜单栏Design标签下选择【Adjoint-Based】【Calculate】，在弹出的Run Adjoint Calculation窗口中点击Initialize。设置Number of Iterations为150。计算至82步，达到收敛目标。（具体迭代步数在不同版本，不同并行核数使用时会有略微差异）3.2.6. 变形区域设置1. 在菜单栏Design标签下选择【Adjoint-Based】【Design Tool】，在弹出的Design Tool窗口中，选择Design Change标签栏。在Zones To Be Modified中选择wal
13、l-solid，作为基于形状敏感性计算的变形表面。设置Freedom Scaling Scheme为Objective reference change，设置Freedom Scale Factor为1。2. 在Objective标签栏中选择pressure-drop，设置Objective为Decrease Value，在Target/Reference Change选项栏中设为10，勾选As Percentage选项。点击Apply按钮。3. 在Range标签栏中选择Bounding Box范围为X: -0.04m0.05m，Y:-0.05m0.05m，Z:-0.02m0.02m。点击Up
14、date Region按钮。4. 选择Outline中，【Setup】【General】【Display】，选择Options为Edges，Edge Type为All，Surfaces中选择inlet、outlet和wall-solid。点击Display，可以查看到设定变形控制区域的位置。5. 切换至Region Conditions标签栏，勾选Symmetry of Motion下Symmetric in Z项，点击Apply按钮。6. 切换至Design Conditions标签栏，点击Create按钮，在弹出的对话框中选择bounded-by-plane，点击OK。在显示出的Bound
15、ing Plane下的Bounded Surfaces选中wall-solid，在Plane Normal下选择X，Y，Z Component为1,0,0，Distance设置为0.041。点击Apply确认设置。7. 切换至Numerics标签栏，在Freeform Motions中选择Max. Iterations为25，Tolerances中Constraints和Parameters皆为0.0001，其余为默认设置。点击Apply确认设置。8. 切换回Design Change标签栏，确保Zones To Be Modified中选中Applied Conditions中选中bounded-by-plane。点击Strict Conditions，在弹出的对话框中选择bounded-by-plane，点击OK确认选择。点击Calculate Design Change进行计算。确保计算收敛。9. 保存case为U-Bend-baseline.cas.gz和U-Bend-baseline.dat.gz。10. 在菜单栏中选择【Proprocessing】【Vectors】，在弹出的窗口按
