基于 OpenFOAM 的計算流體力學（CFD）設計優化

課程定位：從流動仿真到自動化外形與拓撲結構設計

學習收獲

借助簡單流動案例，理解基于 CFD 的設計優化，以及靈敏度優化、外形優化和拓撲優化的相關概念。

無需掌握伴隨理論前置知識，即可在 OpenFOAM v2412 中搭建基于伴隨方法的靈敏度分析流程。

通過控制點與幾何約束條件，完成二維方柱繞流的外形優化。

針對單入口、雙出口的三維內流問題，配置基于孔隙率的拓撲優化方案。

合理設置源項耦合，實現孔隙率場與動量方程的關聯。

創建并管理單元集與單元區域，以此限定優化的有效范圍。

利用目標函數變化歷程、靈敏度數據及孔隙率演變規律，分析優化的收斂性。

通過 ParaView 閾值分析與等值面功能，實現優化后外形及拓撲結構的可視化。

識別并解決 CFD 優化流程中常見的設置錯誤與收斂性問題。

修改課程提供的演示案例，探索不同目標函數與約束條件下的優化效果。

課程介紹

發布時間：2026 年

MP4 視頻

本課程是一門側重實操的基于 OpenFOAM 的 CFD 設計優化入門課，旨在幫助學習者突破單純的流動可視化局限，掌握系統化、仿真驅動的設計改進方法。課程核心重點是講解 CFD 優化問題的搭建思路，以及各項配置選擇的內在邏輯，而非針對大規模工業級問題的求解。

本課程專為無伴隨方法前置知識的學習者設計。所有優化相關概念均從設計與工程應用的角度切入講解，清晰界定優化對象，以及 CFD 技術如何指導設計方案的優化升級。課程最大限度簡化了數學推導的復雜度，全程側重實操實現的細節要點。

課程所用的所有案例均設計為結構簡單、維度較低的形式，其唯一目的是演示優化流程與求解器設置方法。這一設計能讓學習者專注于理解優化方法本身，而無需耗費精力處理復雜幾何模型或高額計算成本的問題。

在靈敏度分析與外形優化模塊，課程以二維方柱繞流作為核心案例。這一經典問題能夠直觀呈現靈敏度變化、目標函數特性及邊界變形規律，同時大幅簡化流動物理過程與網格處理的難度。

在拓撲優化模塊，課程選取單入口雙出口的三維內流問題展開講解。該模塊采用基于孔隙率的方法對流動區域進行優化，通過在區域內添加或移除材料，引導流體高效流向出口。案例的幾何模型與流動條件均經過刻意簡化，便于學習者輕松解讀和可視化拓撲結構與孔隙率的演變過程。

本課程基于OpenFOAM v2412開發，所有演示內容、算例文件及字典文件均與該版本完全兼容。學習者將直接操作 OpenFOAM 求解器、優化字典及后處理工具，掌握靈敏度分析、外形優化和拓撲優化的標準化、可復現配置方法。

課程特別關注實操過程中的常見問題，例如基于孔隙率優化時源項耦合缺失、約束條件定義不當、優化過程不穩定等。對于這些問題，課程不刻意回避，而是詳細解釋問題成因及解決方法，幫助學習者建立診斷實際優化問題的信心。

為支撐實操學習，課程配套提供視頻講義、PDF 補充筆記、可直接運行的 OpenFOAM 算例文件及配置模板。學習者可直接運行這些案例，修改參數并將示例拓展應用到自己的 CFD 研究問題中。

分辨率 1920×1080

課程類型：在線學習

語言：英語 

7 講（總時長 1 小時 30 分鐘）

文件大小：1.4GB