ANSYS Fluent 2023 R1新功能:参数化工作流程详解


从2022 R2版本开始,ANSYS Fluent正式发布了内置的参数化研究功能,可以在Fluent界面中实现参数化仿真,而不依赖于Workbench或脚本。通过建立参数化工程项目,可以扫描在Fluent中定义的任何输入参数,获得任何输出参数的响应,包括通量报告、面/体积积分、表达式等。

参数化工作流程的主要特点有:

  • 设计点创建和参数管理
  • 作业提交和监测
  • 生成集成的各设计点的独立报告和参数化总结报告
  • 设计点文件管理,包括对模拟文件的组织管理,项目的归档和提取,可以选择是保留全部的case/date文件还是仅保留报告数据

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图1 参数化研究视图


如图1所示,Fluent界面中增加了专门的参数化研究工具条和界面,其包含的功能主要有:


Study:在执行参数分析时初始化或复制参数研究。

Design Point:手动或自动创建新设计点,新的设计点被添加到“设计点表”中,可以修改参数和设置。此外也支持设计点的导入和导出(CSV格式)。

Simulation Report:选项用于为基本设计点、当前设计点和包括所有设计点的整个参数化模拟研究生成模拟报告。

Update Options:选择是按顺序运行设计点还是并发运行设计点,也可以自定义为需要更新的设计点创建日志的方式。

Comparison Plot:创建对比曲线的快捷选项,进行设计点结果之间的比较。

2023 R1版本在原有功能的基础上,功能有所提升:

  • 可以在远程分布式计算环境中并发更新设计点
  • 可以使用optiSlang(静态)创建DOE
  • 可以在optiSlang中进行后处理

本文以搅拌釜内涡流动力学模拟为例,介绍如何使用Fluent参数化工作流程,运行what-if场景,研究搅拌桨转速对流场的影响以及如何生成和使用参数化仿真报告。


基础case设置

搅拌釜反应器在石化及其他行业有广泛的应用,用于流体混合、医药制造、结晶等工艺过程。表面涡的形成可能会造成夹杂空气、不适当的混合等问题,需要尽量避免。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图2 搅拌釜计算模型

为了最大限度的减少空气夹带和不良的混合,需要确定产生涡的操作条件。采用稳态VOF方法模拟表面涡的形成,基础设置主要有:

设置参数
时间Steady
材料空气,水
湍流模型K-omega SST,Curvature Correction
多相流模型VOF,primary phase-空气,secondary phase-水
桨叶转速Named Expression:240[rev min^-1]
求解方法Coupled,Second Order Upwind, VOF Stabilization
计算参数Time Scale Factor=1,Number of Interval=5000

计算完成后,创建必要的后处理图形对象,如云图、速度矢量图和场景等,会自动添加到最终的仿真报告中。

参数化研究

1、定义输入输出参数

将桨叶转速设置为输入参数,基础case中已经将转速以表达式的形式定义,在表达式定义面板,勾选Use as Input Parameter。

输出参数一般为仿真结果数据,可以通过Report Definition定义,在报告定义常规设置的基础上,勾选Create Output Parameter即可。

图3 输入参数定义图4 输出参数定义

定义完成后,可在Outline View中查看并管理相关输入输出参数,如图5所示。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图5 输入输出参数列表

2、初始水位局部初始化的自动化

每个设计点在更新过程中,需要对初始水位进行局部初始化,该步骤的自动完成需要借助Execute commands(执行命令)来实现,如图6所示,表示在第一个迭代步执行1次命令。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图6 定义执行命令

3、初始化参数化工作流程

Ribbon工具条中,点击Study→Initialize,此时会提示需要创建新的工程项目,选择Yes保存参数化项目文件,界面中会出现设计点表视图,用于查看、控制设计点的输出和状态。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图7 初始化创建参数化项目文件

参数化研究会涉及多个不同的独立的模拟,每个都有自己的数据文件,还有一些中间和附属文件,如网格文件、报告定义文件、记录文件、日志文件等等,Fluent以“项目”的形式管理文件,后缀为.flprj,同时还有一个同名的文件夹,后缀为.cffdb,用于存储所有设计点相关的数据文件。

打开一个项目文件的方式为File→Parametric Project→Open。


4、添加设计点并更新

可以使用手动或自动的方式添加设计点,在设计点表中修改输入参数的数值。如果安装了ANSYS optiSLang,可以使用optiSLang中的DOE方法(可用方法取决于optiSLang许可类型)自动生成设计点,输入参数的取值自动计算。

本例采用手动方式,添加4个新设计点,转速分别为200rpm、150rpm、100rpm、50rpm,选择Update All顺序更新所有设计点。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图8 更新设计点

5、绘制参数关系曲线

使用对比曲线功能,创建并比较各设计点及其输入、输出参数之间的关系。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图9 参数化对比曲线

6、生成参数化仿真报告

可以为每个设计点生成独立的报告,也可以生成参数化研究报告,方便不同设计点之间结果的对比。

ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

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ANSYS Fluent 2023 R1新功能之参数化工作流程

图10 参数化结果对比

报告也可以以HTML或者PDF格式导出,便于在脱离软件的环境中查看。


7、在optiSlang中后处理

将设计点信息导出,可以在optiSlang后处理中对参数化数据做进一步分析。此功能目前为测试功能,需要使用命令/define/beta-feature-access Yes激活Fluent的Beta功能。

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图11 optiSlang后处理



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