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:
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:
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图11 optiSlang后处理
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