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2017-02-05 by:CAE仿真在线 来源:互联网
本例来自于FLUENT文档。
利用CFD进行流体计算,通常需要建立流体计算模型、设置边界条件及初始条件、设置各种计算模型和控制参数,从而输出感兴趣的物理量。在很多场合,往往需要关注输出量对于输入量的敏感性。通俗来说,就是输入条件的改变对于输出物理量的改变量有多大?FLUENT中的Adjoint Solver可以提供这些功能,让使用者可以评价输入变量对于输出变量的影响程度。
本体以一个流体流经圆柱的例子演示了如何产生敏感性数据、如何对数据进行后处理以及采用网格变形减小阻力。本例包含的内容包括:
(1)如何加载adjoint solver
(2)如何选择感兴趣的观察量
(3)如何进入求解器控制面板进行参数设置
(4)设置收敛标准以及显示残差曲线
(5)如何对计算数据进行后处理
(6)如何修改几何形状以减小阻力
本例要计算的模型为气体流经圆柱体,采用2D模型,雷诺数40,采用层流模型稳态求解计算。最终目的为修改圆柱体外形以降低其阻力。在本例的后半部分通过采用升阻比最大化来优化其气动特性。
Adjoint solver是在模型求解之后进行的,因此本例从导入已计算完毕的cas及dat文件开始。
1、设置求解
Step 1:开启FLUENT
采用2D、Double Precision启动FLUENT。
选择菜单项【File】>【Read】>【Case & Data…】读取CAS及Dat文件。
可以观察网格及结果文件,如图1所示。
图 1计算网格及速度场分布
Step 2:加载Adjoint Solver
Adjoint Solver为插件模型,需要在TUI中激活。
采用TUI命令 define/models/addon-module,出现如图2所示的文本选择命令。
图2 TUI命令
输入6选择Adjoint Solver。
Step 3:定义Observable变量
本例定义的变量为圆柱所受的阻力。
点击菜单【Adjoint】>【Observable】打开Adjoint Observables对话框,如图3所示。
图3 Adjont Observable对话框 图4 Manage对话框
(1)点击Manager…按钮,进入Manager Adjoint Observables对话框,如图4所示。
(2)点击Create…按钮,打开Create New Observable对话框,如图5所示。
图 5 创建新的观测器 图6 Manage对话框
(3)选择列表项中的force,更改变量名称为force-drag,点击OK按钮确认操作并关闭对话框,同时返回至Manage Adjoint Observables对话框,如图6所示。
(4)在图6对话框中,选择wall Zones列表项为wall,同时设置X Component为1,Y Component为0,表示检测的力为x方向,即阻力。点击OK按钮关闭此对话框,返回至Adjoint Observables对话框,如图7所示。选择选项Minimize。
图7 Adjont Observables对话框
(5)点击图7所示对话框中的Evaluate按钮,则TUI窗口显示所监视的变量当前值,如图8所示。当前监测的阻力值为1337.8475N。
(6)点击Close按钮关闭对话框。
Step 4:定义Adjoint控制参数
选择菜单【Adjoint】>【Contorls】,进入Adjoint Solution Contorls对话框,如图8所示。
图8 控制参数设置
(1)取消Use Stabilized Scheme选项,其他选项保持默认即可。
(2)点击OK按钮关闭对话框。
Step 5:设置监视器
点击菜单【Adjoint】>【Monitors】打开Adjoint Solver求解监视器对话框,如图9所示。
图9 监视器对话框
设置Adjoint continuity及Adjoint velocity的残差标准为1e-8,其他参数如图所示设置。
Step 6:Adjoint计算
点击菜单【Adjoint】>【Run Calculation】弹出如图10所示对话框。
图10 计算面板
(1)点击按钮Initialize进行初始化。
(2)设置Number of Iterations为50
(3)点击Calculate按钮进行计算。
收敛残差如图11所示。
图11 计算残差
2、后处理
Step 1:边界敏度输出
点击菜单【Adjoint】>【Reporting】进入Adjoint Reporting对话框,如图12所示。
图12 Adjoint Reporting对话框
选择Boundary choice列表项inlet,在TUI窗口点击按钮Report输出敏度信息。如图13所示,可以看出,入口速度对于阻力的敏度为54.291264。
图13 输出信息
同样可以Contours中查看各种敏度分布云图。
Step 2:查看形状敏度
点击模型操作树节点Graphics and Animations,选择Vectors,点击按钮Set Up…,打开Vectors对话框,如图13所示。
图13 Vecotrs对话框
如图所示进行设置。点击按钮Display,敏度矢量分布如图14所示。
图14 敏度分布
Step 3:修改形状
(1)点击菜单【Adjoint】>【Control-Volume Morphing】,弹出变形控制按钮,如图15所示。
图15 变形控制定义
(2)在对话框中选择边界wall,点击按钮Get Bounds,下方参数框中将会列出wall边界的几何信息。
(3)点击Larger Box数次,逐渐增大区域范围至图中所示。
(4)设置x point及y points参数值为20
点击OK按钮关闭对话框。
此时可以查看网格,如图16所示。
图16 网格显示
(5)返回图15所示对话框,设置Scale Factor参数值为0.1,点击按钮Update,此时激活其他按钮。
(6)点击按钮Expected Change按钮,阻力期望减少值显示于TUI窗口。
(7)点击按钮Modify Mesh修改几何形状,点击按钮Accept确认设置。
此时重新查看网格,如图17所示。
图17 优化后的网格形状
(8)在优化的网格基础上重新进行计算。点击Run Calculation节点,在面板中设置迭代次数100,点击按钮Calculate进行计算。收敛后查看阻力值,可以看到阻力值降低至1250.243N,相较之前的1337N有较大幅度的降低。
在气动力学中,评价气动特性常用升阻比,因此在下节中我们定义升阻比来对几何形状进行优化。
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