ANSYS Fluent流体仿真设计快速优化方法
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解
ansys fluent中文版流体计算工程案例详解ANSYS Fluent是一种流体计算动力学软件，可用于解决各种流体力学问题。
本文将详细介绍ANSYS Fluent中文版的流体计算工程案例，包括案例的基本背景、模拟过程和结果分析。
这些案例旨在帮助用户深入了解ANSYS Fluent的使用方法和流体计算工程实践。
一个典型的案例是流体在管道中的流动。
该案例背景是，一根长直管道内有水流动，管道的直径为0.1米，长度为10米。
水的初始速度为1 m/s，管道的壁面是光滑的，管道两端的压差为100Pa。
现在需要使用ANSYS Fluent模拟该流体流动过程，并进一步分析不同参数对流动的影响。
首先，在ANSYS Fluent中创建一个新的仿真项目，并选择“仿真”模块。
在界面上点击“新建”按钮，在弹出的对话框中填写相应的参数，例如案例名称、计算器类型和尺寸单位。
点击“确定”后，进入模拟设置页面。
首先，需要定义获得流动场稳定解所需的物理模型和求解方法。
在“物理模型”选项卡中，选择“连续相”和“非恒定模型”。
在“湍流模型”中选择某种适合的模型，例如k-ε模型。
在“重力”选项卡中，定义流体的密度和重力加速度。
接下来，在“模型”选项卡中，定义管道的几何和边界条件。
选择“管道”作为流体领域的几何模型，并定义长度、直径和内壁面的润滑系数。
在“边界”选项卡中，定义管道两端的入口和出口条件，例如速度和压力。
将管道两端的压力差设置为100Pa，在入口处设置水的初始速度为1 m/s。
在出口处选择“出流”边界条件。
完成几何和边界条件的定义后，点击“模拟”选项卡进入模拟设置界面。
在“求解控制”中，设置计算时间步长和迭代次数。
选择合适的网格划分方法，并进行网格划分。
点击“网格”选项卡，选择合适的网格类型，并进行网格划分。
在划分网格后，可以使用“导入”按钮导入网格文件，并进行网格优化。
完成设置后，点击“计算”按钮开始进行模拟计算。
在计算过程中，可以实时观察流体场的变化情况，并通过Fluent Post-processing工具进行结果分析。
ANSYS优化设计设计优化技术
ANSYS优化设计设计优化技术ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。
它利用ANSYS软件平台上的多物理场问题求解器和优化算法，对设计进行高效、全面的优化。
通过不断迭代求解和更新设计参数，最终达到设计性能的最优化。
ANSYS优化设计涵盖了多个领域的设计问题，例如结构优化、流体优化、电磁优化等。
在结构优化中，可以通过调整材料属性、几何形状和连接方式等设计参数，使结构在承受最大载荷的同时，尽可能地减少重量和成本。
在流体优化中，可以通过调整流体流动的速度、方向和阻力等设计参数，使流体系统的效率和性能得到最大化。
在电磁优化中，可以通过调整电磁场的分布和强度等设计参数，实现电磁设备的最佳性能。
ANSYS优化设计的核心是优化算法。
ANSYS提供了多种优化算法，包括遗传算法、进化算法、粒子群算法等。
这些算法可以根据设计问题的特点和约束条件选择合适的优化策略，并通过不断地试验和调整设计参数，逐步优化设计方案。
优化设计的目标通常是在一定的约束条件下，使设计满足最大化性能、最小化成本或达到特定的指标要求。
使用ANSYS进行优化设计需要以下几个步骤。
首先，确定优化目标和约束条件。
这包括定义设计的性能要求、约束条件、可变参数范围等。
其次，建立数学模型。
将设计问题转化为数学方程组，并确定相关参数之间的关系。
然后，选择合适的优化算法。
根据设计问题的特点和约束条件，选择合适的优化算法进行求解。
最后，进行多次迭代求解。
根据优化算法的要求，通过不断地更新设计参数，逐步接近最优解。
ANSYS优化设计具有以下优势。
首先，通过仿真和数值分析，可以提前发现并解决设计中的问题，减少试错成本。
其次，可以在多个设计方案中比较和选择最优解，提高设计性能。
第三，使用计算机仿真和优化算法，可以大大缩短设计周期，提高设计效率。
最后，ANSYS提供了丰富的优化设计工具和资源，使设计工程师可以更好地应用和掌握优化设计技术。
总之，ANSYS优化设计是一种基于计算机仿真和数值分析的设计优化方法。
ANSYS CFD快速可靠的CFD解决方案
快速可靠的CFD解决方案全球化竞争的压力、复杂的需求和更短的开发周期要求CFD工程师在不牺牲精度的前提下，用更少的时间做更多的工作。
精确的结果能避免在工程上投入过多并带来附加的费用。
有了高可信的CFD结果，工程师能在更小的安全系数范围内从事设计，最终节省产品或过程的费用。
相反的，差质量的CFD 结果导致错误的设计特征，并增加开发时间。
精确和可靠的流体流动模拟会带来对求解指导目标的信心，允许更短的设计周期和更快的上市时间。
同时追求CFD的速度和精度是困难的选择。
工程师有时必须选择其一，放弃另外一个。
但ANSYS在其CFD产品中没有妥协的集成了精度和速度。
通过可靠的求解节省总体时间，ANSYS流体动力学软件使得研究机构比以前能在更短的时间内，用更少的资源完成更多的工作。
ANSYS 的CFD产品包提供强大的几何工具，可以完成双向的CAD参数链接，以及直接几何建模。
同时，它提供完整的灵活的网格工具，从高度自动化的网格到用户自定义网格。
对大多数应用来说，ANSYS Workbench平台上的ANSYS Meshing工具是全自动化的，能生成高质量的网格来捕捉重要的流动特征（如流动分离，混合和循环）。
特定的应用，如旋转机械和外气动从这些高级网格中受益。
ANSYS CFD产品具有高级的CAD几何读入接口和修复工具，允许用户用最少的代价快速的划分出高质量的体网格或面网格。
∙∙ANSYS Meshing为精确的CFD仿真提供复杂模型所需的大型高质量网格ANSYS流体动力学软件包括复杂的算法和稳健的求解器，以确保在几乎无限范围的流动现象中得到快速和精确的结果，包括：∙层流到转淚到湍流∙亚音速到跨音速到超音速∙单相流到自由液面到多相流∙无粘流到非牛顿流到粘弹性流动∙单组分流到多组分流到化学反应流∙强制对流到自然对流高级的求解器和HPC技术平衡了软件和硬件的发展，达到精确而快速的求解。
∙∙潜入式大涡模拟混合了不同的湍流模型，在减少仿真时间的基础上得到高精度的结果为了提高工作流效率，ANSYS流体动力学软件允许用户自动评估多个参数变化的设计，而不需要复杂的编程。
fluent流体工程仿真计算实例与应用
fluent流体工程仿真计算实例与应用引言流体力学在工程和科学领域中扮演着重要的角色。
通过流体力学的研究，我们可以了解和预测液体和气体在不同条件下的行为。
然而，在真实的实验中，获取流体的准确和详细的数据是非常困难和昂贵的。
因此，流体工程仿真计算成为了一种重要的工具，它可以在实际实验之前通过计算的方式对流体进行建模和分析。
fluent流体工程仿真计算简介Fluent是一款商业化的流体动力学仿真软件，由ANSYS公司开发。
它是一个基于计算流体力学（CFD）的软件工具，能够对各种复杂的流体问题进行建模和分析。
该软件提供了丰富的功能和工具，使工程师能够模拟和解决涉及流体力学的问题。
流体力学仿真计算的优势与传统的实验方法相比，流体力学仿真计算具有以下几个优势： 1. 成本效益：流体力学仿真计算可以节约大量的实验成本，同时缩短了实验周期。
2. 控制参数的灵活性：在真实实验中，很多参数无法被精确控制，而在仿真计算中，我们可以精确地控制和调整各种参数。
3. 快速修改和优化：在实验中，修改和优化系统需要经历繁琐的实验过程，而在仿真计算中，可以轻松地进行快速修改和优化。
4. 可视化和详细分析：通过仿真计算，我们可以获得流体行为的详细信息，同时可以使用可视化工具展示仿真结果。
实例与应用1. 空气动力学仿真空气动力学是流体力学的一个重要分支，研究涉及空气流动的物体。
通过Fluent软件，我们可以对飞行器、汽车、建筑物等在空气中的流动行为进行仿真。
这样的仿真可以帮助工程师改进设计，提高性能和效率。
在空气动力学仿真中，我们可以通过设置不同的参数和条件，如飞行速度、角度、流体密度等，来模拟不同的飞行状态和环境。
通过仿真结果，可以获得飞行过程中的压力分布、升力和阻力等关键性能指标。
2. 建筑气流仿真在建筑领域中，气流对于建筑物的设计和能源消耗具有重要影响。
通过Fluent软件，可以对建筑物内、外的气流进行仿真。
建筑气流仿真可以帮助工程师优化建筑物的通风系统、改善空气质量、减少能耗。
使用AnsysFluent进行流体力学仿真教程
使用AnsysFluent进行流体力学仿真教程Chapter 1: Introduction to ANSYS FluentIn this chapter, we will provide an overview of ANSYS Fluent and explain its importance in the field of fluid dynamics simulation. ANSYS Fluent is a powerful computational fluid dynamics (CFD) software used for simulating and analyzing fluid flows. It enables engineers and scientists to study the behavior of fluids, predict their performance in various scenarios, and optimize the design of systems involving fluid flow.Chapter 2: Pre-ProcessingThe pre-processing stage involves preparing the geometry of the system and defining the desired fluid flow conditions. ANSYS Fluent provides a variety of tools to import and manipulate geometry files, such as creating boundaries, defining initial conditions, and specifying material properties. Additionally, it allows users to create a mesh grid that discretizes the computational domain into smaller elements for accurate simulations.Chapter 3: Boundary ConditionsBoundary conditions play a crucial role in defining the behavior of the fluid flow simulation. In this chapter, we will explain the different types of boundary conditions available in ANSYS Fluent, including velocity inlet, pressure outlet, wall, and symmetry. Each boundarycondition has specific input parameters that need to be defined, such as velocity magnitude, pressure, and temperature.Chapter 4: Solver SettingsThe solver settings determine the numerical methods used to solve the fluid flow equations in ANSYS Fluent. This chapter will introduce the various solver options available, including pressure-based and density-based solvers. It will also discuss the importance of convergence criteria and the influence of physical properties, such as turbulence models and turbulence intensity.Chapter 5: Post-ProcessingOnce the simulation is complete, post-processing is performed to analyze and visualize the results. In ANSYS Fluent, users have access to a range of post-processing tools, such as contour plots, vector plots, velocity profiles, and pressure distribution. This chapter will explain how to interpret these results to gain insights into the fluid flow behavior and make informed design decisions.Chapter 6: Advanced FeaturesIn this chapter, we will explore some of the advanced features of ANSYS Fluent that can enhance the accuracy and efficiency of fluid flow simulations. These include multiphase flow simulations, combustion modeling, heat transfer analysis, and turbulence modeling. We will provide step-by-step instructions on how to set up and run simulations using these advanced features.Chapter 7: Case StudiesTo further illustrate the capabilities of ANSYS Fluent, this chapter will present a series of case studies involving different fluid flow scenarios. These case studies will cover a range of applications, such as fluid flow in pipes, aerodynamics of a car, and natural convection in a room. Each case study will include the problem statement, simulation setup, and analysis of the results.Chapter 8: Troubleshooting and TipsANYS Fluent, like any software, can sometimes encounter issues or produce unexpected results. In this chapter, we will discuss common troubleshooting techniques and provide tips for optimizing simulation setup and improving simulation accuracy. This will include techniques for mesh refinement, convergence improvement, and understanding error messages.Conclusion:ANSYS Fluent is a powerful tool for conducting fluid dynamics simulations. In this tutorial, we have covered the fundamental aspectsof using ANSYS Fluent, including pre-processing, boundary conditions, solver settings, post-processing, advanced features, and troubleshooting. By following this tutorial, users can gain a solid foundation in conducting fluid flow simulations using ANSYS Fluent and leverageits capabilities to analyze and optimize fluid flow systems in various applications.。
如何用ansys进行优化设计
第一章优化设计什么是优化设计?优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。
所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。
也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。
设计方案的任何方面都是可以优化的，比如说：尺寸（如厚度），形状（如过渡圆角的大小），支撑位置，制造费用，自然频率，材料特性等。
实际上，所有可以参数化的ANSYS选项都可以作优化设计。
（关于ANSYS参数，请参看ANSYS Modeling and Meshing Guide 第十四章。
）ANSYS程序提供了两种优化的方法，这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。
零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。
一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。
对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程。
就是对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。
这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。
除了这两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率。
例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的。
随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。
基本概念在介绍优化设计过程之前，我们先给出一些基本的定义：设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。
我们看以下一个典型的优化设计问题：在以下的约束条件下找出如下矩形截面梁的最小重量：●总应力σ不超过σmax [σ≤σmax]●梁的变形δ不超过δ max[δ≤δmax]●梁的高度h不超过h max[h≤h max]图1-1 梁的优化设计示例设计变量（DVs）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。
每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。
在以上的问题里，设计变量很显然为梁的宽度b和高度h。
ANSYS Fluent流体仿真设计快速优化方法
综合识别最有影响力的设计参数。 指定的外形变化将会如何改变性能？
Sensitivity to Body Forces
优化 稳健仿真
使用梯度数据对性能进行系统地改进。
数值方法及格式对网格节点位置的敏 感性。
Sensitivity to Mass Sources
Adjoint Solver的基本理念
• 传统的流体求解器
Adjoint Solver案例：二维导向叶片设计
• 降低整个系统的压降 P
原始设计 132
P = -232.8Pa 预期变化 10.0Pa 实际变化 9.0Pa P = -223.8Pa 预期变化 8.9Pa
实际变化 6.9Pa P = -216.9Pa 预期变化 7.0Pa 实际变化 3.1 P = -213.8
• 优化后的管路，易发生汽蚀处的最低静压值增大了18%，整个管路 系统的压降减少了24%
Adjoint Solver案例：增大散热片的换热能力
• 通过改变散热片的形状，增大其换热能力。
Adiabatic wall
Inflow
Specified fin temperature
Sensitivity to thermal sources
Adjoint Solver的工作流程
优化过的设计
优化
局部最优 ••••1••••100--什设结设手是是单36 么计计果动否否目x因参如是0还有有标x素数何什1是设指还x2影在改么自计定是x？x3响哪变约的动多x4儿？5束运性目优？能动？标化？？？
CFD分析
qi
Adjoint
c j
Solver
分析伴随求解器的结果
总计降低8%的压降
Adjoint Solver案例：U型管减阻设计
ansysworkbench流体优化操作
Ansys workbench 流体流动与传热优化通过这种实验可是实现网格考核、结构尺寸对目标函数的影响分析、参数的敏感性分析以及工况参数对目标函数的影响分析等，找到最优的网格尺寸、结构尺寸和操作工况。
下图为典型的ANSYS workbench优化分析的示意图：其中模块与模块之间的关联可以实现交换数据。
本文采用响应面优化的方法实现流体流动与传热的模拟优化。
1．几何模型的建立一．Geometry阶段采用solidworks建立几何模型（注意本机上一定要同时有ANSYS和solidworks）。
下图为建立几何模型的过程：为了简便采用简单的模型来验证本方法。
建立一个草图圆，然后智能尺寸标注，弹出尺寸修改窗，还有尺寸设置窗口。
在这里要设置实现参数化的几何尺寸关联接口。
方法为：在尺寸设置窗口的主要指那一栏的第一个参数前面手动加上一个”DS_”，同时在模型树里面把每一步的操作名改为英文的（注意避开一些敏感字母），以下都按此操作。
然后退出草图，拉伸凸台。
这里标注第二个尺寸：拉伸长度。
鼠标指针放到拉伸特征上，这是窗口出现草图出现拉伸的尺寸，蓝色的尺寸。
然后右击该尺寸，出现尺寸设置窗口，修改主要指加上“DS_”。
至此，几何模型的创建结束，保持文档。
回到ansys workbench 界面，geometry后面打上了对号，提示已经完成。
双击geometry启动DM工具。
导入刚刚创建的模型，出现导入对话框，里面有很多设置项，这里采用默认设置，点击generate按钮导入创建的几何模型。
可以看到属性里已经出现修改过的参数化尺寸。
显示两个paremeters，前面的框点击出现P表示设置成参数书尺寸了。
关闭DM，回到workbench界面。
二．Meshing阶段点击mesh启动meshing设置边界：点击geometry，然后右键选择create named selection创建边界：网格部分的控制点击mesh,在下方出现设置框。
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• 高敏感性区域就是改动这里的形 状会对目标量带来显著影响
• 需要注意的是，形状敏感性的结 果是针对于指定的目标量和当前 的流动状态
Shape Sensitivity（形状敏感性）
• 将形状敏感性的结果以光顺云图的方式显示，对设计改进提供指导。
将红色区域的表面向 里推，将蓝色区域的 表面向外拉，以降低 整个歧管的压降。
ANSYS Fluent流体仿真设计快速优化方法
Adjoint Solver和Mesh Morpher Optimizer培训
优化方法
优化方法
Design Exploration Mesh Morpher Optimizer
Adjoint Solver
• 基于Workbench的完整 仿真流程
• 多物理场
形优化方法 • 无需额外的license
非参数化
优化方法的优缺点
参数化优化
非参数化优化
Adjoint Solver
什么是Adjoint Solver？
• Adjoint Solver（伴随求解器）是Fluent中的一个专用工具，它扩 展了传统流体求解器的分析范畴，能够提供一个流体系统详细的性 能敏感性数据。
型
Shape Sensitivity（形状敏感性）
• 形状敏感性：目标量相对于（边界）网格节点位置的敏感性
(Drag) wn. xn 节点位移
mesh
形状敏感性系数：
• 形状敏感性的可视化
定义在网格节点上的矢量场
• 使用矢量场来显示 • 识别计算域中的高敏感性和低敏
感性区域
NACA0012翼型的阻力敏感性
• 确定性和概率性分析
• 可以和Mesh Morpher、 RBF Morph耦合，引入 网格变形
• 基于自由变形方法的独 立网格变形工具
• 将Mesh Morpher和不 同的优化方法进行耦合
• 支持Fluent所有的模型
• 无需额外的license
参数化
创新性的设计
• 广泛的设计空间 • 详细的敏感性分析 • 创新性的基于梯度的外
Adjoint Solver的工作流程
优化过的设计
优化
局部最优 ••••1••••100--什设结设手是是单36 么计计果动否否目x因参如是0还有有标x素数何什1是设指还x2影在改么自计定是x？x3响哪变约的动多x4儿？5束运性目优？能动？标化？？？
CFD分析
qi
Adjoint
c j
Solver
分析伴随求解器的结果
优化
•Fluent Solver • 网格变形 • 网格改进
循环n次 自动 / 手动
网格到CAD
•将网格输出 STL •ANSYS SCDM • 逆向工程
逆向工程 —— 网格到CAD的转换
• 基于ANSYS SCDM的逆向工程
• 变形后的表面网格以STL格式导入ANSYS SCDM • 截取不同几何位置处的轮廓线 • 将轮廓线依次按照顺序进行放样（Loft），生成光滑曲面 • 生成CAD实体模
• xy-plots • Scalar values
• Lift • Drag • Total pressure drop •…
Adjoint Solver的基本理念
• 输出数据会如何随着输入数据的变化而变化？
Inputs
• Boundary mesh • Interior mesh • Material properties • Boundary condition 1
mesh
网格变形
• 如何将节点的位移应用到设计中？
• 使用基于Bernstein多项式的变形方案，实现自由形式的网格变形。 • 支持所有的网格类型（Tet/Prism, CutCell, HexaCore, Polyhedral）。 • 选择几何中需要发生变形的部分，定义沿着各坐标方向的控制点。 • 每一个控制点的运动，会带动整个变形区域发生平滑光顺的变形。
Inputs
• Boundary mesh • Interior mesh • Material properties • Boundary condition 1
• Flow angle • Inlet velocity •… •…
FLOW SOLVER
Outputs
• Field data • Contour plots • Vector plots
Adjoint Solver的工作流程
• 一个完整的优化循环，还需要有一种有效的方法，来实现变形过后的 网格到CAD的转换。
网格划分
•ANSYS Meshing • ICEM CFD •Fluent Meshing
CFD
•Fluent Solver • 设定 • 计算求解
Adjoint
•Fluent Solver • 设定 • 计算求解
• Flow angle • Inlet velocity •… •…
?
ADJOINT SOLVER
Outputs
• Field data • Contour Leabharlann lots • Vector plots
• xy-plots • Scalar values
• Lift • Drag • Total pressure drop •…
梯度算法和优化
(Drag) wn. xn
mesh
• 如何确定节点的位移？
• 梯度算法 • 位移正比于局部的敏感性
选定的节点位移
xn wn
用于网格变形的比例因子 （用户指定）
• 在网格发生真正的变形之前，提供目标量随着网格变形而导致的变化 值的一阶估计。
目标量变化值的一阶估计
(Drag) wn.wn
• Adjoint Solver可以用来计算一个工程量相对于所有系统输入的导 数。
• Adjoint Solver的求解结果得到后，即可基于简单的梯度算法，对 系统进行智能的设计改进，从而实现设计优化。
Adjoint Solver结果数据的重要性
洞察力
识别影响性能的最重要的因素。
稳健设计 设计探索
综合识别最有影响力的设计参数。 指定的外形变化将会如何改变性能？
Sensitivity to Body Forces
优化 稳健仿真
使用梯度数据对性能进行系统地改进。
数值方法及格式对网格节点位置的敏 感性。
Sensitivity to Mass Sources
Adjoint Solver的基本理念
• 传统的流体求解器