有限元分析-结构培训8.ansys设计优化作业07dx ws

FLUENT-DesignXplorerinANSYSWB12

作业7

FLUENT优化设计混合容器热水进口T=400K

OperatingLimitofU=1.5m/sto3.5m/s冷水进口T=300K

U=0.5m/sto1.5m/s压力出口目标: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。混合容器中的流动在WB-12中建立问题启动ANSYSWorkbench12在Schematic中插入FLUENTAnalysisSystem在“Geometry”上点击鼠标右键选择“ImportGeometry”，然后浏览选择“GeomDX.agdb”文件在Mesh上点击鼠标右键选择“Edit”进行编辑WBMesher在一个独立窗口中开始，此时模型已经准备好网格划分网格划分和边界命名建立三个组件：inlethotinletcoldpressureoutlet划分方式：自动划分划分细节学科选择：CFD（计算流体力学）求解器选择：FLUNT相关性：0执行单元划分保存项目在Project页，在Mesh上鼠标右键选择Update进入Project页File>SaveAs>“mixing.wbpj”

返回到MeshingModule（网格划分模块）选择路径：File>CloseMeshing退出网格划分启动FLUENT在Setup上点击鼠标右键选择Edit在一个独立性窗口中启动FLUENT软件FLUENT步骤：建议把InletVelocities

作为DX输入参数材料：air（空气）稳态，湍流，使用标准壁面函数的标准K-epsilon模型：能量模型边界：inletcold（进冷口）选项NewInputParameter推荐速度作为一个DX输入参数。命名为velocity-1，且当前值为1.0m/s；T=300K（温度）FLUENT步骤：建议把InletVelocities

作为DX输入参数边界：inlethot（进热口）选项NewInputParameter推荐速度作为一个DX输入参数。命名为velocity-2，且当前值为2.5m/s；T=400K（温度）FLUENT步骤边界：pressureoutlet（压力出口）在FLUENTAnalysis中的DX参数注意此时的项目页中包含了ParameterSet项，它里面包含了DM参数。FLUENT求解步骤Solver（求解器）初始化：从inletcold（进冷口）计算得到FLUENT求解步骤迭代次数千万别点击Calculate。将在ProjectPage（项目页）中启动FLUENT运行FLUENT按如下给定进口速度后启动FLUENT：velocity-1=1.0m/svelocity-2=2.5m/s在Solution上点击鼠标右键选择Update运行FLUENT在CFDPOST中设置输出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】容器中的压降【最小值】一旦求解完成，在Solution上点击鼠标右键选择Update，在独立窗口中启动CFDPOST在CFDPOST中设置输出参数在CFDPOST中定义两个表达式，并通过点击鼠标右键选择UseasWorkbenchOutputParameter将其作为DX的输出参数。pressuredrop=ave(StaticPressure)@inlethot–ave(StaticPressure)@pressureoutletTempspread=sqrt((sum((StaticTemperature-ave(StaticTemperature)@pressureoutlet)^2)@pressureoutlet)/count()@pressureoutlet).“tempspread”定义压力出口处的温度T的标准差进入ParameterSet（参数设置）双击ParameterSet进入OutlineofallParameters响应面建模和优化响应面方式：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；一个DesignofExperiments或DOE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（“hard”solution）存在。比起为离散的参数集赋值，ResponseSurface对应输入参数给出了连续变化的输出值。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：velocity-1:0.5m/sto1.5m/svelocity-2:1.5m/sto3.5m/s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。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。建立响应面的步骤返回到schematicspage，从DesignExplorationToolbox中插入ResponseSurface子模块。双击DesignofExperiments，为每个输入参数设置上下限。选择输入参数边界改变边界为velocity-1andvelocity-2点击此处修改DOE方式和设计点数目选择“DOEType”:OptimalSpace-FillingDesignSampleType：User-DefinedSamplesNumberofSamples：18ResponseSurfaceType：NonParametricRegression评价响应面在DesignofExperiments点击鼠标右键选择Update–WB将启动对包含18个设计点的本例的模拟。一旦模拟完成了，选择ResponseSurface后点击Update。结果在ResponseSurface上点击鼠标右键查看响应面的细节在OutlineoftheResponsesurface中，可以看到ResponsePoints文件夹和它下面一个默认的Responsepoint（通常是设计空间的中心）用如下三种方式来评价响应：Spiderchart（蛛状图）：在一个简图上检测所有输出参数的值和变化Localsensitivity（局部灵敏度）：检测响应点附近的每个参数的分量Response（响应）：2D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响应图：二维曲线点击ResponsePoint选择ResponseChartMode（图形模式）：2D选择合适的X，Y轴变量。【tempspread伴随inletcoldvelocity(velocity-1)的变化曲线如下一页所示。】在“属性”窗口底部的游标可以改变图中没用到的输入参数的值。响应图：二维曲线响应图：曲面图点击ResponsePoint选择ResponseChartMode（图形模式）：3D选择合适的X，Y和Z轴变量。【在下一页中查看tempspread的变化。】在“属性”窗口底部的游标可以改变非设计点的输入参数的值。响应图：曲面图使用鼠标键旋转或放大图形在面上移动鼠标查看X，Y和Z的实际值响应图：局部灵敏度选择Responsepoint，然后选择“Sensitivity”图。

此图可以显示为柱状图或饼状图，它给出了对应响应点附近的输入参数的每个输出参数的局部灵敏度。响应图：局部灵敏度容器压降依赖于连个进口速度。但是进热口的速度依赖性更显著。很明显，温度耗散主要依赖进热口速度，而进冷口速度对其没有影响（负灵敏度）。目标驱动优化DX分析结果可以按前面所示用图形显示。图形结构允许用户可视化与特定参数组合相关的变化。为了查询最佳位置的响应面，故应用了DX中的GoalDrivenOptimization工具。在GoalDrivenOptimizationApproach中：指定了输入和输出参数的需求值指定了参数的重要性顺序生成了一组样本设计选择了一个最合适的候选设计优化：找到输入参数的最佳选择将toolbox中的一个GoalDrivenOptimization系统拖放到responsesurface上在GoalDrivenOptimization上点击鼠标右键选择Update建立目标在Optimization上点击鼠标右键选择Edit在表格中设置优化目标：最小化TemperatureSpread（温度耗散）并将其重要性设为“Higher”最小化PressureDrop（压降）并将其重要性设为“Higher”在inlethot（进热口）的速度应保持最小，最好低于1.5ms/到3.5m/s的中间值在特性中选择“Screening”（筛选）作为1000个样本的优化处理方式建立目标候选设计在schematics中选择Optimization，并点击鼠标右键选择Update，或则从项目页主菜单中选择UpdateOptimization三个候选设计现在被标记了星号等级（星号越多越好）在1000个样本点中，候选项A是本例中的最好选择。最小压降达到了15.406Pa而最小温度耗散达到了0.85627K。这种情况下的冷、热进口的速度分别是1.0793m/s和2.2537m/s权衡图tradeOff图（权衡图）代表了在goaldrivenoptimization（目标驱动优化）中使用的样本组。在outlineofOptimization中选择Trade-off，然后X轴设为Pressuredrop（压降）。（Y轴应该是TemperatureSpread（温度耗散））权衡图颜色显示了与既定设计目标的匹配程度，蓝的表示好，红的表示差。图形提供了关于输出参数的大量信息，通过此图，很明显0.85K的温度耗散对应了一个15Pa的压降，但是要用一个20Pa的pressuredrop（压降）实现同样的temperaturespread（温度耗散）是不可能的。检测响应面的预测精度建议用完整FLUENT软件模拟（使用最好候选输入值）做一次最终检查，从而检查通过响应面的预测精度。选择最佳候选响应点，点击鼠标右键选择InsertasDesignPoint：该点会出现在项目的Parameterset（参数设置