ANSYS Fluent 2023 R1新功能之參數化工作流程_天天新要聞

從2022 R2版本開(kāi)始，ANSYS Fluent正式發(fā)布了內置的參數化研究功能，可以在Fluent界面中實(shí)現參數化仿真，而不依賴(lài)于Workbench或腳本。通過(guò)建立參數化工程項目，可以?huà)呙柙贔luent中定義的任何輸入參數，獲得任何輸出參數的響應，包括通量報告、面/體積積分、表達式等。

參數化工作流程的主要特點(diǎn)有：設計點(diǎn)創(chuàng )建和參數管理 作業(yè)提交和監測 生成集成的各設計點(diǎn)的獨立報告和參數化總結報告 設計點(diǎn)文件管理，包括對模擬文件的組織管理，項目的歸檔和提取，可以選擇是保留全部的case/date文件還是僅保留報告數據

圖1參數化研究視圖

如圖1所示，Fluent界面中增加了專(zhuān)門(mén)的參數化研究工具條和界面，其包含的功能主要有：Study：在執行參數分析時(shí)初始化或復制參數研究。Design Point：手動(dòng)或自動(dòng)創(chuàng )建新設計點(diǎn)，新的設計點(diǎn)被添加到“設計點(diǎn)表”中，可以修改參數和設置。此外也支持設計點(diǎn)的導入和導出（CSV格式）。Simulation Report：選項用于為基本設計點(diǎn)、當前設計點(diǎn)和包括所有設計點(diǎn)的整個(gè)參數化模擬研究生成模擬報告。Update Options：選擇是按順序運行設計點(diǎn)還是并發(fā)運行設計點(diǎn)，也可以自定義為需要更新的設計點(diǎn)創(chuàng )建日志的方式。Comparison Plot：創(chuàng )建對比曲線(xiàn)的快捷選項，進(jìn)行設計點(diǎn)結果之間的比較。2023 R1版本在原有功能的基礎上，功能有所提升：可以在遠程分布式計算環(huán)境中并發(fā)更新設計點(diǎn) 可以使用optiSlang（靜態(tài)）創(chuàng )建DOE 可以在optiSlang中進(jìn)行后處理 本文以攪拌釜內渦流動(dòng)力學(xué)模擬為例，介紹如何使用Fluent參數化工作流程，運行what-if場(chǎng)景，研究攪拌槳轉速對流場(chǎng)的影響以及如何生成和使用參數化仿真報告。

基礎case設置

【資料圖】

攪拌釜反應器在石化及其他行業(yè)有廣泛的應用，用于流體混合、醫藥制造、結晶等工藝過(guò)程。表面渦的形成可能會(huì )造成夾雜空氣、不適當的混合等問(wèn)題，需要盡量避免。

圖2攪拌釜計算模型

為了最大限度的減少空氣夾帶和不良的混合，需要確定產(chǎn)生渦的操作條件。采用穩態(tài)VOF方法模擬表面渦的形成，基礎設置主要有：

設置	參數
時(shí)間	Steady
材料	空氣，水
湍流模型	K-omega SST，Curvature Correction
多相流模型	VOF，primary phase-空氣，secondary phase-水
槳葉轉速	Named Expression：240[rev min^-1]
求解方法	Coupled，Second Order Upwind，VOF Stabilization
計算參數	Time Scale Factor=1，Number of Interval=5000

計算完成后，創(chuàng )建必要的后處理圖形對象，如云圖、速度矢量圖和場(chǎng)景等，會(huì )自動(dòng)添加到最終的仿真報告中。

參數化研究

1、定義輸入輸出參數

將槳葉轉速設置為輸入參數，基礎case中已經(jīng)將轉速以表達式的形式定義，在表達式定義面板，勾選Use as Input Parameter。

輸出參數一般為仿真結果數據，可以通過(guò)Report Definition定義，在報告定義常規設置的基礎上，勾選Create Output Parameter即可。

圖3 輸入參數定義	圖4 輸出參數定義

定義完成后，可在Outline View中查看并管理相關(guān)輸入輸出參數，如圖5所示。

圖5輸入輸出參數列表

2、初始水位局部初始化的自動(dòng)化

每個(gè)設計點(diǎn)在更新過(guò)程中，需要對初始水位進(jìn)行局部初始化，該步驟的自動(dòng)完成需要借助Execute commands（執行命令）來(lái)實(shí)現，如圖6所示，表示在第一個(gè)迭代步執行1次命令。

圖6定義執行命令

3、初始化參數化工作流程

Ribbon工具條中，點(diǎn)擊Study→Initialize，此時(shí)會(huì )提示需要創(chuàng )建新的工程項目，選擇Yes保存參數化項目文件，界面中會(huì )出現設計點(diǎn)表視圖，用于查看、控制設計點(diǎn)的輸出和狀態(tài)。

圖7 初始化創(chuàng )建參數化項目文件

參數化研究會(huì )涉及多個(gè)不同的獨立的模擬，每個(gè)都有自己的數據文件，還有一些中間和附屬文件，如網(wǎng)格文件、報告定義文件、記錄文件、日志文件等等，Fluent以“項目”的形式管理文件，后綴為.flprj，同時(shí)還有一個(gè)同名的文件夾，后綴為.cffdb，用于存儲所有設計點(diǎn)相關(guān)的數據文件。

打開(kāi)一個(gè)項目文件的方式為File→Parametric Project→Open。

4、添加設計點(diǎn)并更新

可以使用手動(dòng)或自動(dòng)的方式添加設計點(diǎn)，在設計點(diǎn)表中修改輸入參數的數值。如果安裝了ANSYS optiSLang，可以使用optiSLang中的DOE方法（可用方法取決于optiSLang許可類(lèi)型）自動(dòng)生成設計點(diǎn)，輸入參數的取值自動(dòng)計算。

本例采用手動(dòng)方式，添加4個(gè)新設計點(diǎn)，轉速分別為200rpm、150rpm、100rpm、50rpm，選擇Update All順序更新所有設計點(diǎn)。

圖8 更新設計點(diǎn)

5、繪制參數關(guān)系曲線(xiàn)

使用對比曲線(xiàn)功能，創(chuàng )建并比較各設計點(diǎn)及其輸入、輸出參數之間的關(guān)系。

圖9 參數化對比曲線(xiàn)

6、生成參數化仿真報告

可以為每個(gè)設計點(diǎn)生成獨立的報告，也可以生成參數化研究報告，方便不同設計點(diǎn)之間結果的對比。

圖10 參數化結果對比

報告也可以以HTML或者PDF格式導出，便于在脫離軟件的環(huán)境中查看。

7、在optiSlang中后處理

將設計點(diǎn)信息導出，可以在optiSlang后處理中對參數化數據做進(jìn)一步分析。此功能目前為測試功能，需要使用命令/define/beta-feature-access Yes激活Fluent的Beta功能。

圖11 optiSlang后處理

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