《優化技術在水泵水力設計的應用（上篇）》我們講到，ANSYS水泵設計流程中的三維設計。這次我們接下去講三維設計模塊中的具體操作以及TurboGrid網格劃分工具、三維CFD分析和ANSYS水泵優化流程詳解。

 

三維設計

 

• BladeGen

在Vista cpd下面右鍵create new創建一個新的bladeGen文件，進入到三維設計的模塊。bladeGen是基于S1和S2兩流面理論，在這里可以對軸面流道進行調整，對不同span下的角度分布和厚度進行調整，得到一個比較好的流動狀態下的葉片形狀。

 

 

• Vista TF

Vista TF是二維通流截面分析，通過快速的二維無粘計算，得到一個速度分布較均勻的軸面流道。

 

• BladeEditor 參數化設計

 

BladeEditor是嵌入在DesignModeler中的模塊，在Workbench平臺下新建Geometry中啟動,對幾何模型進行參數化設置，可以看到在Blade _Camberline1的屬性中，所有參數化的點前面方框里都出現了D。點擊parameter set，可以看到設置了16個參數。

 

 

TurboGrid網格劃分

 

TurboGrid是一款專門針對葉輪機械的高度自動化六面體網格劃分工具，可以生成高質量的邊界層網格，其中ATM自動劃分方法，提高了計算效率，非常方便。

 

Workbench窗口中，拖拽TurboGrid組件連接到Geometry中，或鼠標右鍵點擊Geometry選擇Transfer Data To New TurboGrid。設置后檢查網格質量，再進行必要的調整，得到高質量的網格。

 

 

三維CFD分析

 

在二維分析的基礎上，通過CFX軟件進行葉輪流道的CFD分析，將內部流動“可視化”，通過數值仿真的“虛擬試驗”，CFD可以較準確地預測所設計出的產品的全工況壓力、功率、效率等特性。

 

在Workbench窗口中，新建一個CFX組件，把TurboGrid文件拖拽連接到CFX的Setup節點，然后雙擊setup，進入cfx_pre中進行Domain、Boundary和interface等設置，編輯expressions，設定output control中monitor1、2、3分別為H、M、efficiency。求解一組參數后使其收斂。

 

然后進入到post中在Expression菜單中找到H（揚程）和efficiency（效率），點擊鼠標右鍵選擇Use as Workbench Output Parameter，定義為輸出參數。

 

 

水泵優化流程

 

基于后處理結果對水力設計進行優化、迭代，以滿足客戶使用要求。最終得到滿足要求的高性能葉輪水力。

 

• OptiSLang敏感性分析

1、在Workbench的Toolbox中，雙擊OptiSLang下的Sensitivity。

 

2、進入參數化設計，在DOE里選擇拉丁超立方抽樣，樣本點先取100個（后續根據情況可繼續加點）。

 

3、100個樣本點計算完成后，可以看到feasible下有綠色true和紅色false出現，提示信息顯示部分樣本點未能完成計算。

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在Workbench中， 可使用HPC快速計算，根據資源配置，可選擇同時計算多個點，以節省計算時間。

 

 

接下來為每個響應變量建立高質量響應面即MOP-最優預測元模型

 

5、在參數分析階段建立MOP后，后續優化、穩健性可靠性分析均可將MOP作為求解器來進行，而不再需要借助于CAE求解器，因此可以極大地提高分析效率。

 

6、從預測系數CoP，從中找到敏感性大的參數：對揚程H和效率efficiency敏感性大的設計變量。

 

 

• OptiSLang優化分析

 

1、在彈出的Optimization NLPQL窗口中，保留敏感性大的幾個參數，其余的被過濾掉。

 

2、然后點擊Import criteria，進行單目標優化，構造目標函數和約束函數，設置H≥35，設置efficiency為MAX。

 

3、鼠標右鍵點擊Optimization中的NLPQL，開始驗證對比最佳設計點，在response values中可以看到最優MOP和calculation結果對比。

 

 

最終進行初始設計和優化設計的幾何對比：

 

雙擊打開parameter set，在table of design points中找到要優化的點，右擊set as current，然后更新geometry、turbogrid及cfx。

 

  

通過對比可以看出來：揚程有所提高，效率由95.5%提高到98.8%。