CAESES與SC/Tetra聯合做CFD仿真優化分析

1.  項目背景介紹

1）攪拌器葉片根據不同的功能，不同的介質等，選擇不同的葉片型式種類。對于某一固定結構形式的葉片，調節葉片的參數也很多，故我們需要在眾多的參數中尋找到影響目標結果最為主要的幾個參數進行分析計算。

2）人為的改動模型提交計算的缺點是工作量較大，且眾多離散點的計算不能很好的統計出影響規律。

3）本說明書主要介紹基于caeses與SC Tetra軟件做參數化CFD仿真分析，主要包括caeses參數化建模，SC Tetra腳本錄制，caeses建立連接以及DOE設計和尋優計算。

2. 使用CFD分析工具介紹

1）  CAESES

CAESES是一款仿真驅動的優化設計軟件。CAESES主要應用于概念設計階段，具有強大的復雜曲面參數化建模功能，其軟件鏈接器能夠與目前市場上幾乎所有的商業求解器、開源求解器及企業內部自有CFD求解器等無縫耦合；還具有多種優化算法，可以通過多種手段進行單目標及多目標最優化求解。

2）SC/Tetra

SC/Tetra是一款通用CFD仿真軟件，該軟件徹底改變了過去的CFD軟件產品在“速度”、“簡潔化”和“價格”方面的形象。

● 推進波前法的自動網格技術

● 混合網格的3D模型：四面體、五面體、六面體、八面體等

● 完全的不連續網格

● 多種湍流模型( standard k-ε / RNG / MP k-ε…model)

● 可壓與不可壓流體模擬

● 定常/非定常模擬

● 熱流分析(傳導,對流和輻射(VF method) )

● 非牛頓流體分析

● 多相流的擴散分析

● 移動邊界、旋轉邊界模擬分析（任意拉格朗日歐拉法）

● 自適應網格細分功能

● 周期性邊界條件設定

● 風扇和多孔模型

● 粒子運動軌跡分析

● 輻射的流量法模擬

● 化學反應模擬

● 操作界面的可視化

特點：使用簡單、結果精確、解題迅速、節約內存。

● 與絕大多數CAD/CAE軟件無縫集成；

● 強大的網格自動劃分功能，能夠處理任何復雜形狀；

● 智能化的分析條件設定，從而避免參數輸入的疏忽；

● 低內存使用和高計算速度的巧妙融合，在PC上可以處理1千萬個單元以

● 功能強大的可視化和美學效果。 SC/Tetra的特征

● 通過直接導入CAD數據節省了建模時間

SC/Tetra對主流的CAD軟件具有強大的兼容性，可以使用自己的CAD軟件，在SC/Tetra和其他CAE軟件之間提供一個無縫環境，以使模型準備時間最小。

● 穩健的自動生成網格功能

穩健的自動網格生成器可以精確地處理任何復雜的幾何模型。采用友好的用戶圖形界面，能直觀地進行網格細化。

● 通過導向模板（wizard）定義分析條件

通過導向模板，很容易定義各個參數而不發生混淆，也可防止遺漏輸入參數。

● 占用內存少，求解速度高

通過使用單元節點的有限控制法（FVM），SC/Tetra實現了占用內存少，求解速度高。使用windows操作系統的PC機可以計算10,000,000（單元的最大數量根據模型復雜程度和分析條件而定）以上的單元

● 各種美學的可視化功能

除了簡潔實用的可視化功能，SC/Tetra能夠創建逼真的圖片和動畫，后處理效果值得推薦。

3.  聯合優化過程

1）參數化建模

對葉片進行全參建模，同時建立CFD計算所用的計算域、旋轉域，并且設定不同域的布爾運算關系，模型變化以GIF圖片顯示。

2）CFD仿真及與CAESES連接

錄制CFD仿真計算腳本，并將感興趣的參數作為目標量。此案例通過監控體平均速度來衡量攪拌效果。對于兩相混合情況，也可以設置濃度的標準差來衡量混合效果。

此案例分析目標：電機功率降低且攪拌效果提升。

由于模型參數較多，可先通過相關文獻資料或做DOE試驗設計法確定對目標量敏感度較大的參數，然后減少設計變量的個數，以及縮小參數變化范圍來進行尋優，可以借助遺傳算法或代理模型來節省尋優的計算成本。

3）優化前后對比

基于相同的后處理設置，優化之后的模型的流動范圍更廣，且葉片尾緣湍流強度降低了且位置也有所改變。

此次分析的亮點：

1） CAESES尋優效率高，實際計算了60組左右，得到滿足需求的模型參數。

2） SC/Tetra批處理自動化失敗率低，且并行效率高，網格劃分簡單快，收斂性好，對于大規模網格計算，優勢明顯。

3） 至強E5系列，主頻2.4GHz，12線程，流體網格800萬左右，60組計算大概需要，2~3天時間便有滿足要求的模型。