FLUENT圓柱擾流敏感性計算
ANSYS Fluent的adjoint solver用于計算流體系統中仿真結果對于用戶輸入參數的敏感性分析，這些參數包括流體計算模型、邊界條件及初始條件、控制參數以及模型幾何形狀的敏感性。Fluent中的adjoint Solver是一個強大的組件，可以使用來自一個或多個adjoint解決方案的敏感信息來指導系統的改進，從而可以在系統性能上進行可預測的改進。
本案例是一個圓柱體，上面和下面是對稱平面。流動為層流穩態流動，流體為不可壓縮流體，雷諾數為40。以下教程忽略整個計算過程中前面的穩態計算部分，僅重點介紹后面敏感性分析部分。
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1、啟動FLUENT并導入網格
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 18.2→Fluid Dynamics→FLUENT 18.2命令，啟動FLUENT 18.2。
（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇2D，在Display Options中勾選Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。
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（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Case & Data按鈕，彈出Select File（導入Case）對話框，選擇文件名為cylinder_tutorial.cas的模型文件和cylinder_tutorial.cdat的計算結果，單擊OK按鈕。
（4）導入Case后，在圖形顯示區將顯示幾何模型。
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（5）在Graphics下雙擊Contous彈出Contous（等值線）對話框。
Contous of選擇Velocity和Velocity Magnitude，在Surface中選擇fluid：001，單擊Display按鈕，顯示云圖。
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2、調入Adjoint Solver
（1）在文本信息區，依次輸入以下指令
> define
/define> models
/define/models> addon-module
Fluent Addon Modules:
0. None
1. MHD Model
2. Fiber Model
3. Fuel Cell and Electrolysis Model
4. SOFC Model with Unresolved Electrolyte
5. Population Balance Model
6. Adjoint Solver
7. Single-Potential Battery Model
8. Dual-Potential MSMD Battery Model
9. PEM Fuel Cell Model
10. Macroscopic Particle Model
Enter Module Number: [0] 6
（2）輸入6，選擇導入Adjoint Solver。
3、設置觀察值
（1）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Observables按鈕，彈出Adjoint Observables（觀察值）面板。單擊Manage按鈕，彈出Manage Adjoint Observables（管理觀察值）面板。
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（2）單擊Create按鈕，彈出Create New Observable（創建新觀察值）面板。選擇Observables types選項，在選擇列表中選擇force，在Name中填入force-drag，單擊OK按鈕關閉對話框。
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（3）返回Adjoint Observables（觀察值）面板后，在Observables中選擇force-drag，在Wall Zones中選擇wall，在X-Component和Y-Component中分別填入1和0，單擊Apply按鈕，設置完觀察值force-drag。
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（4）重復上面步驟（2）和（3）設置名稱為force-lift的觀察值，在X-Component和Y-Component中分別對應填入0和1，單擊OK按鈕確認。
4、計算拖曳力敏感性
（1）在Manage Adjoint Observables（管理觀察值）面板中，Observable Names選擇force-drag，對應在Sensitivity Orientation中選擇Minimize，單擊Evaluate按鈕，在文本信息區顯示如下信息：
Observable name:force-drag
Observable Value (n): 1271.7444
（2）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Solver Controls按鈕，彈出Adjoint Solution Controls（伴隨求解控制）面板。取消選擇Solution-Based Controls Initialization和Auto-Adjust Controls，選擇Show Advancement Controls并且取消選擇Apply Preconditioning，單擊OK按鈕確認。
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（3）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Monitors按鈕，彈出Adjoint Residual Monitors（伴隨殘差監視）面板，確保勾選中Print to Console和Plot，其他保持默認值，單擊OK按鈕確認。
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（4）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Calculate按鈕，彈出Adjoint Run Calculation（伴隨開始計算）面板，單擊Initialize按鈕進行初始化，設置Number of Iterations為200，單擊Calculate按鈕開始計算。
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（5）計算完后在Adjoint Run Calculation（伴隨開始計算）面板點擊Close按鈕關閉窗口。
5、拖曳力敏感度后處理
（1）邊界條件敏感度分析
單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Reporting按鈕，彈出Adjoint Reporting（伴隨報告）面板，在Boundary choice中選擇inlet，點擊Report按鈕，在文本信息區顯示如下信息：
Boundary condition sensitivity report: inlet
Observable: force-drag
Velocity Magnitude (m/s): 40 Sensitivity ((n)/(m/s)): 54.553593
Decrease Velocity Magnitude to decrease force-drag
單擊Close按鈕，關閉Adjoint Reporting對話框。
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（2）動量源敏感度分析
單擊主菜單中Postprocessing→Graphics→Contours→Edit按鈕，彈出Contours（云圖）對話框。選擇Sensitivities和Sensitivity to Body Force X-Component (Cell Values)，單擊Display按鈕顯示云圖。
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（3）形狀敏感度分析
單擊主菜單中Postprocessing→Graphics→Vectors→Edit按鈕，彈出Vectors（矢量圖）對話框。在Vectors of中選擇Sensitivity to Shape，在Color by中選擇Sensitivities和Sensitivity to Mass Sources (Cell Values) ，在Surfaces中選擇wall，單擊Display按鈕顯示矢量圖。
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（4）導出拖曳力敏感度數據
單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Design Tool按鈕，彈出Design Tool（設計工具）面板。
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在Region選項卡中， 單擊Get Bounds按鈕，彈出Bounding Box Definition對話框，選擇wall，單擊OK按鈕確定。
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6、計算升力敏感性
（1）在Manage Adjoint Observables（管理觀察值）面板中，Observable Names選擇force-lift，對應在Sensitivity Orientation中選擇Maximize。
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（2）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Calculate按鈕，彈出Adjoint Run Calculation（伴隨開始計算）面板，單擊Initialize按鈕進行初始化，單擊Calculate按鈕開始計算。
（3）計算完后在Adjoint Run Calculation（伴隨開始計算）面板點擊Close按鈕關閉窗口。
7、形狀敏感度分析
（1）單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Design Tool按鈕，彈出Design Tool（設計工具）面板。在Objectives選項卡中，單擊Manage Data按鈕，彈出Manage Sensitivity Data對話框，單擊Import Sensitivities按鈕，選擇輸入force-drag.s數據。
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（2）在Objectives選項卡中，在observable中選擇force-lift，在Objective中選擇Target Change In Value，在Target/Reference Change中輸入100，單擊Apply按鈕。
在observable中選擇force_drag.s，在Objective中選擇Increase Value，在Target/Reference Change中輸入-10并勾選As Percentage選項，單擊Apply按鈕。
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（3）在Region Conditions選項卡中，在X Motion和Y Motion中分別填入30，單擊Apply按鈕。
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（4）在Design Change選項卡，在Zones To Be Modified中選擇wall，單擊Calculate Design Change按鈕，結果列表更新，以反映每個觀察到的預期變化。
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（5）單擊Modify Mesh按鈕，通過計算將網格進行重新優化，在文本信息區顯示如下信息：
Updating mesh (steady, mesh iteration = 00001, pseudo time step 1.0000e+00)...
Dynamic Mesh Statistics:
Minimum Volume = 3.48941e-04
Maximum Volume = 6.36270e-01
Maximum Cell Skew = 3.71487e-01 (cell zone 11)
Minimum Orthogonal Quality = 6.28513e-01 (cell zone 11)
done.
（6）單擊主菜單中Postprocessing→Graphics→Mesh按鈕，顯示變形后的網格。
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（6）單擊主菜單中Solving→Run Calculation→Calculate按鈕，進行重新計算。計算收斂后，單擊主菜單中Design→Adjoint-Based→Observable對拖曳力和升力進行重新評估，顯示如下信息：
Observable name: force-drag
Observable Value (n): 1150.451
Observable name: force-lift
Observable Value (n): 96.650177
可以看到，通過模型的幾何優化，拖曳力降低而升力大大提高。
內容轉自南流坊
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