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2017-02-05 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
本例來自于FLUENT文檔。
利用CFD進行流體計算,通常需要建立流體計算模型、設置邊界條件及初始條件、設置各種計算模型和控制參數,從而輸出感興趣的物理量。在很多場合,往往需要關注輸出量對于輸入量的敏感性。通俗來說,就是輸入條件的改變對于輸出物理量的改變量有多大?FLUENT中的Adjoint Solver可以提供這些功能,讓使用者可以評價輸入變量對于輸出變量的影響程度。
本體以一個流體流經圓柱的例子演示了如何產生敏感性數據、如何對數據進行后處理以及采用網格變形減小阻力。本例包含的內容包括:
(1)如何加載adjoint solver
(2)如何選擇感興趣的觀察量
(3)如何進入求解器控制面板進行參數設置
(4)設置收斂標準以及顯示殘差曲線
(5)如何對計算數據進行后處理
(6)如何修改幾何形狀以減小阻力
本例要計算的模型為氣體流經圓柱體,采用2D模型,雷諾數40,采用層流模型穩態求解計算。最終目的為修改圓柱體外形以降低其阻力。在本例的后半部分通過采用升阻比最大化來優化其氣動特性。
Adjoint solver是在模型求解之后進行的,因此本例從導入已計算完畢的cas及dat文件開始。
1、設置求解
Step 1:開啟FLUENT
采用2D、Double Precision啟動FLUENT。
選擇菜單項【File】>【Read】>【Case & Data…】讀取CAS及Dat文件。
可以觀察網格及結果文件,如圖1所示。
圖 1計算網格及速度場分布
Step 2:加載Adjoint Solver
Adjoint Solver為插件模型,需要在TUI中激活。
采用TUI命令 define/models/addon-module,出現如圖2所示的文本選擇命令。
圖2 TUI命令
輸入6選擇Adjoint Solver。
Step 3:定義Observable變量
本例定義的變量為圓柱所受的阻力。
點擊菜單【Adjoint】>【Observable】打開Adjoint Observables對話框,如圖3所示。
圖3 Adjont Observable對話框 圖4 Manage對話框
(1)點擊Manager…按鈕,進入Manager Adjoint Observables對話框,如圖4所示。
(2)點擊Create…按鈕,打開Create New Observable對話框,如圖5所示。
圖 5 創建新的觀測器 圖6 Manage對話框
(3)選擇列表項中的force,更改變量名稱為force-drag,點擊OK按鈕確認操作并關閉對話框,同時返回至Manage Adjoint Observables對話框,如圖6所示。
(4)在圖6對話框中,選擇wall Zones列表項為wall,同時設置X Component為1,Y Component為0,表示檢測的力為x方向,即阻力。點擊OK按鈕關閉此對話框,返回至Adjoint Observables對話框,如圖7所示。選擇選項Minimize。
圖7 Adjont Observables對話框
(5)點擊圖7所示對話框中的Evaluate按鈕,則TUI窗口顯示所監視的變量當前值,如圖8所示。當前監測的阻力值為1337.8475N。
(6)點擊Close按鈕關閉對話框。
Step 4:定義Adjoint控制參數
選擇菜單【Adjoint】>【Contorls】,進入Adjoint Solution Contorls對話框,如圖8所示。
圖8 控制參數設置
(1)取消Use Stabilized Scheme選項,其他選項保持默認即可。
(2)點擊OK按鈕關閉對話框。
Step 5:設置監視器
點擊菜單【Adjoint】>【Monitors】打開Adjoint Solver求解監視器對話框,如圖9所示。
圖9 監視器對話框
設置Adjoint continuity及Adjoint velocity的殘差標準為1e-8,其他參數如圖所示設置。
Step 6:Adjoint計算
點擊菜單【Adjoint】>【Run Calculation】彈出如圖10所示對話框。
圖10 計算面板
(1)點擊按鈕Initialize進行初始化。
(2)設置Number of Iterations為50
(3)點擊Calculate按鈕進行計算。
收斂殘差如圖11所示。
圖11 計算殘差
2、后處理
Step 1:邊界敏度輸出
點擊菜單【Adjoint】>【Reporting】進入Adjoint Reporting對話框,如圖12所示。
圖12 Adjoint Reporting對話框
選擇Boundary choice列表項inlet,在TUI窗口點擊按鈕Report輸出敏度信息。如圖13所示,可以看出,入口速度對于阻力的敏度為54.291264。
圖13 輸出信息
同樣可以Contours中查看各種敏度分布云圖。
Step 2:查看形狀敏度
點擊模型操作樹節點Graphics and Animations,選擇Vectors,點擊按鈕Set Up…,打開Vectors對話框,如圖13所示。
圖13 Vecotrs對話框
如圖所示進行設置。點擊按鈕Display,敏度矢量分布如圖14所示。
圖14 敏度分布
Step 3:修改形狀
(1)點擊菜單【Adjoint】>【Control-Volume Morphing】,彈出變形控制按鈕,如圖15所示。
圖15 變形控制定義
(2)在對話框中選擇邊界wall,點擊按鈕Get Bounds,下方參數框中將會列出wall邊界的幾何信息。
(3)點擊Larger Box數次,逐漸增大區域范圍至圖中所示。
(4)設置x point及y points參數值為20
點擊OK按鈕關閉對話框。
此時可以查看網格,如圖16所示。
圖16 網格顯示
(5)返回圖15所示對話框,設置Scale Factor參數值為0.1,點擊按鈕Update,此時激活其他按鈕。
(6)點擊按鈕Expected Change按鈕,阻力期望減少值顯示于TUI窗口。
(7)點擊按鈕Modify Mesh修改幾何形狀,點擊按鈕Accept確認設置。
此時重新查看網格,如圖17所示。
圖17 優化后的網格形狀
(8)在優化的網格基礎上重新進行計算。點擊Run Calculation節點,在面板中設置迭代次數100,點擊按鈕Calculate進行計算。收斂后查看阻力值,可以看到阻力值降低至1250.243N,相較之前的1337N有較大幅度的降低。
在氣動力學中,評價氣動特性常用升阻比,因此在下節中我們定義升阻比來對幾何形狀進行優化。
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