Adjoint Solver實(shí)例<上>

2017-02-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本例來自于FLUENT文檔。

利用CFD進(jìn)行流體計(jì)算,通常需要建立流體計(jì)算模型、設(shè)置邊界條件及初始條件、設(shè)置各種計(jì)算模型和控制參數(shù),從而輸出感興趣的物理量。在很多場合,往往需要關(guān)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(jià)輸入變量對于輸出變量的影響程度。

本體以一個(gè)流體流經(jīng)圓柱的例子演示了如何產(chǎn)生敏感性數(shù)據(jù)、如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以及采用網(wǎng)格變形減小阻力。本例包含的內(nèi)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(jìn)入求解器控制面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置

(4)設(shè)置收斂標(biāo)準(zhǔn)以及顯示殘差曲線

(5)如何對計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理

(6)如何修改幾何形狀以減小阻力

本例要計(jì)算的模型為氣體流經(jīng)圓柱體,采用2D模型,雷諾數(shù)40,采用層流模型穩(wěn)態(tài)求解計(jì)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(yōu)化其氣動(dòng)特性。

Adjoint solver是在模型求解之后進(jìn)行的,因此本例從導(dǎo)入已計(jì)算完畢的cas及dat文件開始。

1、設(shè)置求解

Step 1:開啟FLUENT

采用2D、Double Precision啟動(dòng)FLUENT。

選擇菜單項(xiàng)【File】>【Read】>【Case & Data…】讀取CAS及Dat文件。

可以觀察網(wǎng)格及結(jié)果文件,如圖1所示。

圖 1計(jì)算網(wǎng)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(xiàn)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(diǎn)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(diǎn)擊Manager…按鈕,進(jìn)入Manager Adjoint Observables對話框,如圖4所示。

(2)點(diǎn)擊Create…按鈕,打開Create New Observable對話框,如圖5所示。

圖 5 創(chuàng)建新的觀測器圖6 Manage對話框

(3)選擇列表項(xiàng)中的force,更改變量名稱為force-drag,點(diǎn)擊OK按鈕確認(rèn)操作并關(guān)閉對話框,同時(shí)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(xiàng)為wall,同時(shí)設(shè)置X Component為1,Y Component為0,表示檢測的力為x方向,即阻力。點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉此對話框,返回至Adjoint Observables對話框,如圖7所示。選擇選項(xiàng)Minimize。

圖7 Adjont Observables對話框

(5)點(diǎn)擊圖7所示對話框中的Evaluate按鈕,則TUI窗口顯示所監(jiān)視的變量當(dāng)前值,如圖8所示。當(dāng)前監(jiān)測的阻力值為1337.8475N。

(6)點(diǎn)擊Close按鈕關(guān)閉對話框。

Step 4:定義Adjoint控制參數(shù)

選擇菜單【Adjoint】>【Contorls】,進(jìn)入Adjoint Solution Contorls對話框,如圖8所示。

圖8 控制參數(shù)設(shè)置

(1)取消Use Stabilized Scheme選項(xiàng),其他選項(xiàng)保持默認(rèn)即可。

(2)點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框。

Step 5:設(shè)置監(jiān)視器

點(diǎn)擊菜單【Adjoint】>【Monitors】打開Adjoint Solver求解監(jiān)視器對話框,如圖9所示。

圖9 監(jiān)視器對話框

設(shè)置Adjoint continuity及Adjoint velocity的殘差標(biāo)準(zhǔn)為1e-8,其他參數(shù)如圖所示設(shè)置。

Step 6:Adjoint計(jì)算

點(diǎn)擊菜單【Adjoint】>【Run Calculation】彈出如圖10所示對話框。

圖10 計(jì)算面板

(1)點(diǎn)擊按鈕Initialize進(jìn)行初始化。

(2)設(shè)置Number of Iterations為50

(3)點(diǎn)擊Calculate按鈕進(jìn)行計(jì)算。

收斂殘差如圖11所示。

圖11 計(jì)算殘差

2、后處理

Step 1:邊界敏度輸出

點(diǎn)擊菜單【Adjoint】>【Reporting】進(jìn)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(xiàng)inlet,在TUI窗口點(diǎn)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(diǎn)擊模型操作樹節(jié)點(diǎn)Graphics and Animations,選擇Vectors,點(diǎn)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(jìn)行設(shè)置。點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)擊按鈕Get Bounds,下方參數(shù)框中將會(huì)列出wall邊界的幾何信息。

(3)點(diǎn)擊Larger Box數(shù)次,逐漸增大區(qū)域范圍至圖中所示。

(4)設(shè)置x point及y points參數(shù)值為20

點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框。

此時(shí)可以查看網(wǎng)格,如圖16所示。

圖16 網(wǎng)格顯示

(5)返回圖15所示對話框,設(shè)置Scale Factor參數(shù)值為0.1,點(diǎn)擊按鈕Update,此時(shí)激活其他按鈕。

(6)點(diǎn)擊按鈕Expected Change按鈕,阻力期望減少值顯示于TUI窗口。

(7)點(diǎn)擊按鈕Modify Mesh修改幾何形狀,點(diǎn)擊按鈕Accept確認(rèn)設(shè)置。

此時(shí)重新查看網(wǎng)格,如圖17所示。

圖17 優(yōu)化后的網(wǎng)格形狀

(8)在優(yōu)化的網(wǎng)格基礎(chǔ)上重新進(jìn)行計(jì)算。點(diǎn)擊Run Calculation節(jié)點(diǎn),在面板中設(shè)置迭代次數(shù)100,點(diǎn)擊按鈕Calculate進(jìn)行計(jì)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(dòng)力學(xué)中,評價(jià)氣動(dòng)特性常用升阻比,因此在下節(jié)中我們定義升阻比來對幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化。

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