Fluent流体仿真设计快速优化方法
流体分析软件Fluent仿真无敌全过程
流体分析软件Fluent仿真无敌全过程随着计算机技术的发展，流体分析技术在工业、航空、船舶、化工等领域得到越来越广泛的应用，其中，流体动力学仿真技术是流体分析技术的重要组成部分。
现在，很多企业和研究机构都在使用流体分析软件Fluent进行流体仿真分析。
本文将为大家介绍如何使用Fluent软件进行流体分析仿真，从模型导入、边界条件设置、网格划分、求解、后处理等环节全面详细地介绍Fluent软件的使用。
一、模型导入首先，将需要进行流体分析仿真的模型导入到Fluent软件中，这里假设读者已经有了需要进行仿真的模型。
导入模型的方法如下：1.打开Fluent软件，点击“File” → “Import” → “Mesh”，弹出文件选择窗口；2.在文件选择窗口中，选择需要导入的模型文件；3.点击“Open”按钮，等待软件自动加载模型。
二、边界条件设置在导入模型后，需要进行边界条件的设置，这是进行流体分析仿真的重要步骤。
边界条件的设置包括两个方面，一个是流体属性的设置，一个是模型边界的设置。
1.流体属性的设置在Fluent软件中，可以设置流体的密度、黏度、温度等属性。
设置方法如下：•在菜单栏中选择“Define” → “Material Properties”，弹出“Material”对话框；•在“Material”对话框中，可以设置流体密度、黏度、热导等属性；•点击“OK”按钮完成流体属性的设置。
2.模型边界的设置模型边界的设置包括几何边界的定义和边界条件的设置。
在定义模型几何边界时，需要将模型分为充气室、出气口等边界。
在定义边界条件时，需要设置速度、压力、温度等参数。
•定义几何边界：在菜单栏中选择“Mesh” → “Surface Operation” → “Boundary Type”，弹出“Boundary Types”对话框，选择需要设置的表面并设置其边界类型；•设置边界条件：在菜单栏中选择“Define” → “Boundary Conditions” → “Velocity Inlet”或“Pressure Outlet”等，设置边界条件相关参数。
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。
基于FLUENT的水下焊枪流体仿真模拟优化设计
焊接过程中 ，焊接烟雾 的下压 、外 排 ，使焊接 顺利进行 ，需利用ｔ ｌ ｕ ｎ ｔ 流体仿真软件对水下半 自动化焊枪内气体流场进行模拟仿真分析 。通 过ｆ ｌ ｕ ｎ ｔ 软件的仿真结果 ，调整设计方案 ，确定 合理 的水下焊枪 结构 、尺寸及进气方式 ，达到
设计要求 。
不同 ，将对其 内流场分布产生较大影 响。当壳
水下焊接专用半 自动化焊枪的研制迫在眉睫。 根据实际水下焊接工况 ，为满足水下半 自
动 化 焊枪 排 水 罩 出 口处 气 体 没 有 回 流 ，有 利 于
下专用焊枪内部气体流场的影响。
２ ． １ 设计参数
２ ． １ ． １ 进 气位 置
水下焊枪微型排水罩进气 口的位 置选取 的
文／ 中海石油气 电集团有限公司 孙听辉 陈晖 许威 丁文斌
摘 要：本文应用流体力学原理 ，采用Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ 件对适用于６ ０ ｍ水深的水下半自动化焊枪进行仿真模拟 化设计 ，确定了合理的水下焊枪结构、尺寸及进气方式。对比不同的焊枪外壳、结构和进气方式，通过 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ 件的计算和仿真得到的焊枪内气体流速和压力云图，能够直观的显示采用不同参数对焊枪内气
Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 软件 是 目前 市场 上 做 流行 的Ｃ Ｆ Ｄ 软
假设水 下焊枪壳体为方锥型 ，气体进 口中
心 彻 面 ＿ ２ ０ ｍ ｍ， 入气口水平 ， 入 口压力０ ． ６ ２ Ｍ Ｐ ａ ，
２ ． ２ ． ２ 枪 体 设计 方 案 比 选
达到壳体 内流场稳定。
２ ． １ ． ３ 进 气 口角度
采用Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 流体工程仿真软件分别对以下 方案进行分析仿真 ，通过对 比罩 内气流 的速度
fluent仿真案例
fluent仿真案例Fluent仿真案例。
在工程领域中，仿真技术是一种非常重要的工具，它可以帮助工程师们在设计阶段就对产品进行全面的测试和验证，从而提高产品的质量和性能。
而Fluent作为一款流体力学仿真软件，在工程领域中有着广泛的应用。
本文将通过一个实际的案例，来介绍Fluent在仿真领域的应用。
我们以风力发电机的设计为例。
风力发电机是一种利用风能转换为电能的设备，其叶片的设计对其发电效率有着至关重要的影响。
在传统的设计过程中，需要进行大量的实验来验证叶片的设计，这不仅费时费力，而且成本较高。
而借助Fluent软件，我们可以通过数值仿真的方式来验证叶片的设计，从而减少实验次数，提高设计效率。
首先，我们需要建立风力发电机的数值模型。
在Fluent软件中，我们可以根据实际的几何尺寸和流体特性，建立风力发电机的三维模型。
然后，我们需要设定流场的边界条件，包括风速、气流密度等参数。
接下来，我们可以通过Fluent软件对风力发电机的流场进行数值模拟，得到叶片的受力情况、气流的流动情况等。
通过Fluent的仿真结果，我们可以对叶片的设计进行优化。
比如，我们可以通过改变叶片的形状、倾角等参数，来观察叶片受力情况的变化。
同时，我们还可以通过Fluent软件来模拟不同工况下的风场情况，从而验证叶片在不同环境下的性能表现。
通过Fluent的仿真，我们不仅可以在设计阶段就对风力发电机进行全面的测试和验证，而且还可以通过不断优化设计，提高风力发电机的发电效率。
这不仅可以节约大量的实验成本，而且还可以缩短产品的设计周期，提高产品的竞争力。
除了风力发电机，Fluent软件还可以应用于汽车空气动力学、航空航天领域、化工设备等领域的仿真。
通过Fluent的仿真技术，工程师们可以更加全面地了解产品的性能特点，从而优化产品设计，提高产品的质量和性能。
总之，Fluent作为一款流体力学仿真软件，在工程领域有着广泛的应用前景。
通过本文介绍的风力发电机的案例，我们可以看到Fluent在产品设计和优化方面的重要作用。
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。
fluent流体仿真实例
fluent流体仿真实例Fluent是一种流体仿真软件，它广泛用于研究和优化各种流体系统。
本文将介绍Fluent的基本工作原理，并以一个实例为例说明如何使用Fluent进行流体仿真。
首先，Fluent采用有限体积法来解决流体问题。
这种方法将流体域划分为许多小的控制体积，并在每个体积中计算流体的平均速度、压力和温度。
然后，通过在体积之间应用质量和动量守恒方程以及其他物理方程来求解流体行为。
最后，Fluent通过计算流场中的速度、压力和温度分布来描绘流体的行为。
为了演示Fluent的用途，我们将以水的流动为例说明如何使用它进行流体仿真。
我们考虑一个具有弯曲管道的水流系统。
假设管道入口处是一个稳定的水流，出口处是一个自由表面，即水流向大气中自由流动。
我们想研究如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。
首先，我们需要使用CAD软件绘制出整个系统的几何形状，并将其导入到Fluent中。
然后，我们需要定义出入口处的水流速度和出口处自由表面的边界条件。
这些边界条件将告诉Fluent在哪里应该施加水流速度和处理自由表面的行为。
接下来，我们需要在Fluent中定义数值方法和物理模型。
对于数值方法，我们可以选择不同的离散化方法和求解器，以达到速度和精度的平衡。
对于物理模型，我们需要考虑水的流动特性，包括湍流、速度分布、压力分布等。
这将有助于我们更准确地预测水流的行为，并优化我们的设计。
最后，我们可以开始运行Fluent并分析结果。
Fluent将生成一个包括速度、压力和温度分布的二维或三维图像。
我们可以通过这些图像来研究水流的行为，并探索如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。
例如，我们可以通过改变管道半径和斜率来优化水流速度和压力分布。
总之，Fluent是一种广泛使用的流体仿真软件，它可以帮助我们更好地理解和优化各种流体系统。
通过使用Fluent，我们可以确定管道的最佳形状和入口速度，以确保流体系统的最佳性能。
流体仿真前处理,Fluent工程师的”基本功”
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）Fluent软件的工作原理是应用了有限元的思想，将连续的空间离散成一定数量的控制体，从而使得流体力学中的偏微分方程组得以求解。
因此，在Fluent求解之前，必须要进行一些准备工作，这一类工作我们简单的称之为前处理。
图1 Fluent仿真必须划分网格很显然，前处理是Fluent仿真的必要前提条件，也是我们流体工程师的“基本功”。
前处理的输入条件是外部的CAD系统，通常是产品设计中的3D几何模型，当然，工程师也可以自己直接在前处理的过程中建立几何模型。
★前处理的最终目的：获得网格。
当然，对于通过前处理得到的网格，还是有一些要求的，比如：1、必须是体网格（3D/2D）;2、对应的命名系统必须完善（Domain/Boundary）;3、不同的求解器应有不同的网格格式（扩展名不一致，最常用的是*.msh）。
每名Fluent 工程师从最开始了解软件的时候，都必须要先从网格软件学起，有的人学习了Gambit，有的人则学习了ICEM 。
随着仿真学习的深入，大家又进一步了解了其他相关的前处理工具，比如说：●Design Modeler●Spaceclaim●Workbench Meshing●Tgrid●Pointwise●Ansa●Hypermesh●……图2 常用的流体仿真前处理工具这些软件中，有的专精于几何处理，有的专注纯网格划分，还有的擅长一体化前处理流程。
总之，不管最终选择了那款软件，原则上都可完成流体仿真的前处理工作。
当然，仿真的本质仍旧是工程，高效快速的前处理进程才是首要的。
流体仿真的前处理在实际的产品工作中相对较为复杂，主要分为以下两种基本思路：1、分别在不同的软件中处理几何和网格2、在单独的软件中直接完成整个前处理工作图3 先几何，后网格的前处理思路图4 一体化前处理流程，直接读入CAD文件对于大多数工程师来讲，这两种方式都是能够完成任务的。
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
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Outputs
• Field data ? • Contour plots • Vector plots ADJOINT SOLVER • xy-plots • Scalar values • Lift • Drag • Total pressure drop • …
Adjoint Solver的工作流程
• 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 稳健设计 设计探索 优化 稳健仿真
识别影响性能的最重要的因素。
选定的节点位移
x w
n
n
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) w .w
n mesh
n
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）。
分析伴随求解器的结果
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
FLOW SOLVER
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 • Flow angle • Inlet velocity • … •… • • • •
n mesh
n
节点位移
• 形状敏感性的可视化
• 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 • 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
形状敏感性系数： 定义在网格节点上的矢量场
NACA0012翼型的阻力敏感性
• 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
优化过的设计 CFD分析
局部最优 • 什么因素影响性能？ • 手动还是自动优化？ • 设计参数在哪儿？ • -3 是否有设计约束？ 10 • 设计如何改变？ x5 • 单目标还是多目标？ x 4 • 结果是什么？ • 是否有指定的运动？ x3 10-6 x x 2 x0 1
优化
qi c j
Adjoint Solver
Inputs
Boundary mesh Interior mesh Material properties Boundary condition 1 • Flow angle • Inlet velocity • … •… • • • •
Outputs
• Field data • Contour plots • Vector plots • xy-plots • Scalar values • Lift • Drag • Total pressure drop • …
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。
梯度算法和优化
( Drag) wn . x n
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
• 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 形优化方法 • 无需额外的license
参数化 创新性的设计
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。
Adjoint
• Fluent Solver • 设定 • 计算求解
优化
• Fluent Solver • 网格变形 • 网格改进
网格到CAD
• 将网格输出 STL • ANSYS SCDM • 逆向工程
循环n次 自动 / 手动
逆向工程 —— 网格到CAD的转换
• 基于ANSYS SCDM的逆向工程
综合识别最有影响力的设计参数。
Sensitivity to Body Forces
指定的外形变化将会如何改变性能？
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
ANSYS Fluent流体仿真设计快速优化方法
Adjoint Solver和Mesh Morpher Optimizer培训 • 崔亮 / 行业专员 • 安世亚太科技股份有限公司
优化方法
优化方法
Design Exploration Mt Solver
• • • • 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) w . x
• 基于Workbench的完整 仿真流程 • 多物理场 • 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