基于fluent在workbench平台下优化设计-优化压降及温度耗散实例.pdf

WS7-1 FLUENT-DesignXplorer in ANSYS WB 12 作业作业 7 FLUENT 优化设计优化设计 WS7-2 Training Manual 混合容器混合容器 热水进口热水进口 T= 400 K Operating Limit of U = 1.5 m/s to 3.5 m/s 冷水进口冷水进口 T= 300 K U = 0.5 m/s to 1.5 m/s 压力出口压力出口 目标目标: 在操作限制内优化进口速度，从而使出口的温度耗散最小（确保均匀的混合） 和容器中的压降（从其中的一个进口到出口的压力下降）也要最小 在操作限制内优化进口速度，从而使出口的温度耗散最小（确保均匀的混合） 和容器中的压降（从其中的一个进口到出口的压力下降）也要最小 WS7-3 Training Manual 混合容器中的流动混合容器中的流动 WS7-4 Training Manual 在在 WB-12中建立问题中建立问题 • 启动启动 ANSYS Workbench 12 • 在在 Schematic中插入中插入 FLUENT Analysis System • 在 “在 “Geometry”上点 击鼠标右键选择 上点 击鼠标右键选择 “Import Geometry”， 然后浏览选择 “ ， 然后浏览选择 “GeomDX.agdb”文件文件 • 在在 Mesh上点击鼠标右 键选择 上点击鼠标右 键选择 “Edit”进行编辑进行编辑 • WB Mesher 在一个独 立窗口中开始，此时模 型已经准备好网格划分 在一个独 立窗口中开始，此时模 型已经准备好网格划分 WS7-5 Training Manual 网格划分和边界命名网格划分和边界命名 • 建立三个 组件：建立三个 组件： •inlethot •inletcold •pressure outlet • 划分方式：自动划分划分方式：自动划分 • 划分细节划分细节 •物理优先：物理优先： CFD（计算 流体力学） （计算 流体力学） •求解器选择：求解器选择： FLUNT •相关性：相关性： 0 执行单元划分执行单元划分 WS7-6 Training Manual 保存项目保存项目 • 在在 Project 页，在页，在 Mesh 上鼠标右键选择上鼠标右键选择 Update • 进入进入 Project页页 • FileSave As “ mixing.wbpj” • 返回到返回到 Meshing Module（网格划分模块）选择路径：（网格划分模块）选择路径：FileClose Meshing退出 网格划分 退出 网格划分 WS7-7 Training Manual 启动启动 FLUENT • 在在 Setup上点击鼠标右键选择上点击鼠标右键选择Edit在一个独立性窗口中启动在一个独立性窗口中启动FLUENT软件软件 WS7-8 Training Manual FLUENT 步骤：建议把步骤：建议把 Inlet Velocities 作为作为DX 输入参数输入参数 • 材料：材料： air（空气）（空气） • 稳态，湍流，使用标准壁面函数的标准稳态，湍流，使用标准壁面函数的标准K-epsilon模型：能量模型模型：能量模型 • 边界：边界： inletcold（进冷口）（进冷口） 选项选项New Input Parameter推荐速度作 为一个 推荐速度作 为一个DX输入参数。

命名为 输入参数 命名为 velocity-1 ， 且当前值为 ， 且当前值为1.0 m/s ；； T=300K（温度）（温度） WS7-9 Training Manual FLUENT 步骤：建议把步骤：建议把 Inlet Velocities 作为作为DX 输入参数输入参数 边界：边界： inlethot（进热口）（进热口） 选项选项New Input Parameter推荐速度作 为一个 推荐速度作 为一个DX输入参数命 名为 输入参数命 名为 velocity-2 ，且当 前值为 ，且当 前值为2.5 m/s ；； T=400K（温度）（温度） WS7-10 Training Manual FLUENT 步骤步骤 边界：边界： pressureoutlet（压力出口）（压力出口） WS7-11 Training Manual 在在FLUENT Analysis中的中的DX参数参数 • 注意此时的项目页中包含了注意此时的项目页中包含了Parameter Set 项，它里面包含了项，它里面包含了 DM参数 WS7-12 Training Manual FLUENT 求解步骤求解步骤 Solver（求解器）（求解器） 初始化：从初始化：从inletcold（进冷 口）计算得到 （进冷 口）计算得到 WS7-13 Training Manual FLUENT 求解步骤求解步骤 迭代次数迭代次数 千万别点击千万别点击 Calculate。

将在将在Project Page（项目页）中启动（项目页）中启动 FLUENT计算计算 WS7-14 Training Manual 运行运行FLUENT • 按如下给定进口速度后启动按如下给定进口速度后启动 FLUENT ：： • velocity-1 = 1.0 m/s • velocity-2 = 2.5 m/s • 在在Solution上点击鼠标右键 选择 上点击鼠标右键 选择Update运行运行 FLUENT WS7-15 Training Manual 在在CFD POST中设置输出参数中设置输出参数 • 输出参数就是需要调查的响应参数：输出参数就是需要调查的响应参数： – 出口处的温度耗散 【最小值】出口处的温度耗散 【最小值】 – 容器中的压降 【最小值】容器中的压降 【最小值】 • 一旦求解完成，在一旦求解完成，在Solution上点击鼠标右键 选择 上点击鼠标右键 选择Update ，在独立窗口中启动，在独立窗口中启动 CFD POST WS7-16 Training Manual 在在CFD POST中设置输出参数中设置输出参数 • 在在 CFD POST 中定义两个表达式，并通过点击鼠标右键选择中定义两个表达式，并通过点击鼠标右键选择Use as Workbench Output Parameter 将其作为将其作为DX的输出参数。

的输出参数 pressuredrop= ave(Static Pressure)@inlethot – ave(Static Pressure)@pressureoutlet Tempspread= sqrt((sum((StaticTemperature-ave(Static Temperature)@pressureoutlet)^2)@pressure outlet)/count()@pressureoutlet) ““tempspread”定义压力出口处 的温度 定义压力出口处 的温度T的标准差的标准差 WS7-17 Training Manual 进入进入 Parameter Set（参数设置）（参数设置） 双击双击 Parameter Set 进入进入 Outline of all Parameters WS7-18 Training Manual 响应面建模和优化响应面建模和优化 • 响应面方式：响应面方式： – 基于输入参数数目，需要一个给定数目的解（设计点）来建立一个响应面；基于输入参数数目，需要一个给定数目的解（设计点）来建立一个响应面； – 一个一个Design of Experiments或或 DOE方法决定了多少设计点和哪些设计点需要 求解； 方法决定了多少设计点和哪些设计点需要 求解； – 一旦所需求解完成，基于结果的响应面就能拟合出来了，并保证没有“硬”解 （ 一旦所需求解完成，基于结果的响应面就能拟合出来了，并保证没有“硬”解 （ “hard” solution）存在。

存在 • 比起为离散的参数集赋值，比起为离散的参数集赋值，Response Surface对应输入参数给出了连续变化的输 出值 对应输入参数给出了连续变化的输 出值 WS7-19 Training Manual 混合容器的参数变化混合容器的参数变化 • 将做的混合容器的确定性分析的参数变化如下：将做的混合容器的确定性分析的参数变化如下： – velocity-1: 0.5 m/s to 1.5 m/s – velocity-2: 1.5 m/s to 3.5 m/s • 一般不需要指定每个参数会使用多少个点一般不需要指定每个参数会使用多少个点DOE法将提供有用的点，然而 ，用户可以使用更多的设计点来更好地拟合响应曲面在一个高度非线性 问题中，建议按后面解释来确定设计点数 法将提供有用的点，然而 ，用户可以使用更多的设计点来更好地拟合响应曲面在一个高度非线性 问题中，建议按后面解释来确定设计点数 • 同样，在分析结束后，能够给出对应两个输入参数（最大值和最小值之间 ）中任意值的输出参数的一个评估 同样，在分析结束后，能够给出对应两个输入参数（最大值和最小值之间 ）中任意值的输出参数的一个评估。

WS7-20 Training Manual 建立响应面的步骤建立响应面的步骤 • 返回到返回到 schematics page，从，从 Design Exploration Toolbox中插入中插入Response Surface子模 块 子模 块 • 双击双击Design of Experiments，为每个输入参数设置上下限为每个输入参数设置上下限 WS7-21 Training Manual 选择输入参数边界选择输入参数边界 分别设置分别设置velocity-1 and velocity-2的范 围为 的范 围为0.5-1.5及及1.5- 3.5m/s 点击此处点击此处 WS7-22 Training Manual 修改修改 DOE 方式和设计点数目方式和设计点数目 •选择 “选择 “DOE Type” : Optimal Space-Filling Design •Sample Type：：User- Defined Samples •Number of Samples：： 18 •Response Surface Type ：：Non Parametric Regression WS7-23 Training Manual 评价响应面评价响应面 • 在在Design of Experiments点击鼠标右键选择点击鼠标右键选择Update – WB 将启动对包含将启动对包含 18个设计点的本例的模拟。

个设计点的本例的模拟 • 一旦模拟完成了，选择一旦模拟完成了，选择Response Surface后点击后点击Update WS7-24 Training Manual 结果结果 • 在在Response Surface上点击鼠标右键查看响应面的细节上点击鼠标右键查看响应面的细节 • 在在 Outline of the Response surface中，可以看到中，可以看到 Response Points文件 夹和它下面一个默认的 文件 夹和它下面一个默认的 Response point（通常是设计空间的中心）（通常是设计空间的中心） • 用如下三种方式来评价响应：用如下三种方式来评价响应： – Spider chart（蛛状图）：在一个简图上检测所有输出参数的值和变化（蛛状图）：在一个简图上检测所有输出参数的值和变化 – Local sensitivity（局部灵敏度）：检测响应点附近的每个参数的分量（局部灵敏度）：检测响应点附近的每个参数的分量 – Response（响应）：（响应）： 2D 或或 3D 图形反映了对应一个或两个输入参数的 输出参数的变化 图形反映了对应一个或两个输入参数的 输出参数的变化 WS7-25 Tra。