從2022 R2版本開(kāi)始，ANSYS Fluent正式發(fā)布了內(nèi)置的參數(shù)化研究功能，可以在Fluent界面中實(shí)現(xiàn)參數(shù)化仿真，而不依賴(lài)于Workbench或腳本。通過(guò)建立參數(shù)化工程項(xiàng)目，可以掃描在Fluent中定義的任何輸入?yún)?shù)，獲得任何輸出參數(shù)的響應(yīng)，包括通量報(bào)告、面/體積積分、表達(dá)式等。

參數(shù)化工作流程的主要特點(diǎn)有：設(shè)計(jì)點(diǎn)創(chuàng)建和參數(shù)管理 作業(yè)提交和監(jiān)測(cè) 生成集成的各設(shè)計(jì)點(diǎn)的獨(dú)立報(bào)告和參數(shù)化總結(jié)報(bào)告 設(shè)計(jì)點(diǎn)文件管理，包括對(duì)模擬文件的組織管理，項(xiàng)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(bào)告數(shù)據(jù)

圖1參數(shù)化研究視圖

如圖1所示，F(xiàn)luent界面中增加了專(zhuān)門(mén)的參數(shù)化研究工具條和界面，其包含的功能主要有：Study：在執(zhí)行參數(shù)分析時(shí)初始化或復(fù)制參數(shù)研究。Design Point：手動(dòng)或自動(dòng)創(chuàng)建新設(shè)計(jì)點(diǎn)，新的設(shè)計(jì)點(diǎn)被添加到“設(shè)計(jì)點(diǎn)表”中，可以修改參數(shù)和設(shè)置。此外也支持設(shè)計(jì)點(diǎn)的導(dǎo)入和導(dǎo)出（CSV格式）。Simulation Report：選項(xiàng)用于為基本設(shè)計(jì)點(diǎn)、當(dāng)前設(shè)計(jì)點(diǎn)和包括所有設(shè)計(jì)點(diǎn)的整個(gè)參數(shù)化模擬研究生成模擬報(bào)告。Update Options：選擇是按順序運(yùn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)還是并發(fā)運(yùn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)，也可以自定義為需要更新的設(shè)計(jì)點(diǎn)創(chuàng)建日志的方式。Comparison Plot：創(chuàng)建對(duì)比曲線的快捷選項(xiàng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)結(jié)果之間的比較。2023 R1版本在原有功能的基礎(chǔ)上，功能有所提升：可以在遠(yuǎn)程分布式計(jì)算環(huán)境中并發(fā)更新設(shè)計(jì)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(nèi)渦流動(dòng)力學(xué)模擬為例，介紹如何使用Fluent參數(shù)化工作流程，運(yùn)行what-if場(chǎng)景，研究攪拌槳轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)的影響以及如何生成和使用參數(shù)化仿真報(bào)告。

基礎(chǔ)case設(shè)置

【資料圖】

攪拌釜反應(yīng)器在石化及其他行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，用于流體混合、醫(yī)藥制造、結(jié)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(dāng)?shù)幕旌系葐?wèn)題，需要盡量避免。

圖2攪拌釜計(jì)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(wěn)態(tài)VOF方法模擬表面渦的形成，基礎(chǔ)設(shè)置主要有：

設(shè)置	參數(shù)
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(zhuǎn)速	Named Expression：240[rev min^-1]
求解方法	Coupled，Second Order Upwind，VOF Stabilization
計(jì)算參數(shù)	Time Scale Factor=1，Number of Interval=5000

計(jì)算完成后，創(chuàng)建必要的后處理圖形對(duì)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(bào)告中。

參數(shù)化研究

1、定義輸入輸出參數(shù)

將槳葉轉(zhuǎn)速設(shè)置為輸入?yún)?shù)，基礎(chǔ)case中已經(jīng)將轉(zhuǎn)速以表達(dá)式的形式定義，在表達(dá)式定義面板，勾選Use as Input Parameter。

輸出參數(shù)一般為仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，可以通過(guò)Report Definition定義，在報(bào)告定義常規(guī)設(shè)置的基礎(chǔ)上，勾選Create Output Parameter即可。

圖3 輸入?yún)?shù)定義	圖4 輸出參數(shù)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(shù)，如圖5所示。

圖5輸入輸出參數(shù)列表

2、初始水位局部初始化的自動(dòng)化

每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)在更新過(guò)程中，需要對(duì)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(zhí)行命令）來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6所示，表示在第一個(gè)迭代步執(zhí)行1次命令。

圖6定義執(zhí)行命令

3、初始化參數(shù)化工作流程

Ribbon工具條中，點(diǎn)擊Study→Initialize，此時(shí)會(huì)提示需要?jiǎng)?chuàng)建新的工程項(xiàng)目，選擇Yes保存參數(shù)化項(xiàng)目文件，界面中會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)表視圖，用于查看、控制設(shè)計(jì)點(diǎn)的輸出和狀態(tài)。

圖7 初始化創(chuàng)建參數(shù)化項(xiàng)目文件

參數(shù)化研究會(huì)涉及多個(gè)不同的獨(dú)立的模擬，每個(gè)都有自己的數(shù)據(jù)文件，還有一些中間和附屬文件，如網(wǎng)格文件、報(bào)告定義文件、記錄文件、日志文件等等，F(xiàn)luent以“項(xiàng)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(chǔ)所有設(shè)計(jì)點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)文件。

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

4、添加設(shè)計(jì)點(diǎn)并更新

可以使用手動(dòng)或自動(dòng)的方式添加設(shè)計(jì)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)點(diǎn)表中修改輸入?yún)?shù)的數(shù)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(shè)計(jì)點(diǎn)，輸入?yún)?shù)的取值自動(dòng)計(jì)算。

本例采用手動(dòng)方式，添加4個(gè)新設(shè)計(jì)點(diǎn)，轉(zhuǎn)速分別為200rpm、150rpm、100rpm、50rpm，選擇Update All順序更新所有設(shè)計(jì)點(diǎn)。

圖8 更新設(shè)計(jì)點(diǎn)

5、繪制參數(shù)關(guān)系曲線

使用對(duì)比曲線功能，創(chuàng)建并比較各設(shè)計(jì)點(diǎn)及其輸入、輸出參數(shù)之間的關(guān)系。

圖9 參數(shù)化對(duì)比曲線

6、生成參數(shù)化仿真報(bào)告

可以為每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)生成獨(dú)立的報(bào)告，也可以生成參數(shù)化研究報(bào)告，方便不同設(shè)計(jì)點(diǎn)之間結(jié)果的對(duì)比。

圖10 參數(shù)化結(jié)果對(duì)比

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

7、在optiSlang中后處理

將設(shè)計(jì)點(diǎn)信息導(dǎo)出，可以在optiSlang后處理中對(duì)參數(shù)化數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析。此功能目前為測(cè)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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