進(jìn)氣岐管是汽車進(jìn)氣管之后到氣缸蓋進(jìn)氣道之間的進(jìn)氣管路，對(duì)于氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油機(jī)來說，它的功能是將潔凈的空氣持續(xù)分配給各缸進(jìn)氣道。在脈沖式吸氣過程中，為了各個(gè)氣缸燃燒狀況相同，要求每個(gè)氣缸的進(jìn)氣狀況盡可能保持一致（圖1所示）。

圖1  進(jìn)氣岐管-來自網(wǎng)絡(luò)

因此，在進(jìn)氣岐管設(shè)計(jì)時(shí)除了減少流動(dòng)損失之外，還要求各缸進(jìn)氣口流速和壓力均勻。在仿真設(shè)計(jì)過程中，因進(jìn)氣岐管造型復(fù)雜，通過單一參數(shù)的調(diào)節(jié)往往無法得到理想方案，且耗時(shí)耗力。本文采用CAESES軟件對(duì)進(jìn)氣岐管進(jìn)行全參數(shù)化建模，鏈接商業(yè)仿真軟件（如Star-CCM+）對(duì)多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行同時(shí)優(yōu)化，通過自動(dòng)化仿真計(jì)算快速高效地得到了優(yōu)化方案。

本次分享的輸入條件為進(jìn)氣歧管，對(duì)已有參考模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化建模仿真。整個(gè)仿真優(yōu)化過程依托于CAESES仿真優(yōu)化軟件進(jìn)行，主要分為CAESES參數(shù)化建模、CFD仿真及腳本錄制、軟件鏈接仿真優(yōu)化三個(gè)部分。希望本人的優(yōu)化嘗試能讓大家對(duì)CAESES這款軟件更為了解，同時(shí)也能為進(jìn)氣岐管或是類似模型的仿真優(yōu)化提供思路。

一、CAESES參數(shù)化建模

本方案的進(jìn)氣歧管連接有4個(gè)氣缸，進(jìn)氣管與4個(gè)出氣口之間通過一個(gè)腔室進(jìn)行串聯(lián)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣流分配。整個(gè)CAESES參數(shù)化建模過程主要為8個(gè)步驟（如圖2所示），參考已有模型尺寸及位置，分別創(chuàng)建入口段、中間腔體和4個(gè)出口段；接著創(chuàng)建入口和出口分別與中間腔體之間的連接段；然后對(duì)中間腔體和其他連接曲面進(jìn)行分割及閉合處理，并得到完整進(jìn)氣岐管模型。

圖2 進(jìn)氣歧管參數(shù)化建模過程

模型變形，除了全參數(shù)化建模，還可以針對(duì)已有模型通過“Free Form Deformation”自由變形、直接參數(shù)控制、間接關(guān)聯(lián)控制等多種方法對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行外形變化（如圖3所示），通過對(duì)關(guān)鍵位置的變形控制獲取不同方案的CFD結(jié)果，從而達(dá)到優(yōu)化的目的。

                （a）Free Form Deformation                                （b）直接參數(shù)控制                                         （c）間接關(guān)聯(lián)控制

圖3 參數(shù)變化演示

二、軟件鏈接仿真優(yōu)化

網(wǎng)格生成及CFD計(jì)算采用現(xiàn)在較為流行的商業(yè)仿真軟件Star-CCM+，參數(shù)化建模生成 “stl”數(shù)模，仿真計(jì)算流程生成“java”腳本文件，整個(gè)仿真優(yōu)化流程如圖4所示。使用CAESES強(qiáng)大的外部軟件鏈接及優(yōu)化功能，即可將兩個(gè)仿真軟件進(jìn)行串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)方案的自動(dòng)仿真優(yōu)化（鏈接文件如圖5所示）。

圖4 仿真優(yōu)化流程

圖5 建模-仿真軟件鏈接

CAESES包含了單目標(biāo)、多目標(biāo)、遺傳算法等多種優(yōu)化算法。本方案在保證速度均勻性的條件下，降低壓損為目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。選擇對(duì)模型以及氣流均勻性影響較大的10個(gè)參數(shù)變量，先用sobol算法進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感度分析，然后在sobol結(jié)果（20個(gè)）基礎(chǔ)上選擇優(yōu)化算法（如T-search算法）進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。通過1天的CFD仿真計(jì)算，在80個(gè)自動(dòng)優(yōu)化方案中得到了最終方案（如圖6所示）。

圖6 T-search仿真數(shù)據(jù)

圖7為原始方案與優(yōu)化方案的仿真流場對(duì)比結(jié)果，通過參數(shù)改進(jìn)，入口與中間腔體連接區(qū)域的流動(dòng)更為均勻，最終對(duì)4個(gè)出氣口的均勻性有所提高前提下，壓損降低了3%。

整個(gè)進(jìn)氣岐管方案的仿真優(yōu)化時(shí)間共為3天（包括參數(shù)化建模），可見CAESES軟件對(duì)于復(fù)雜變形模型的優(yōu)化也具有較大優(yōu)勢，通過參數(shù)關(guān)聯(lián)以及敏感性分析，可快速高效地實(shí)現(xiàn)仿真優(yōu)化目的。

圖7 流場對(duì)比圖（速度）