風機參數優化的案例
Simcenter STAR-CCM + 3D-CAD中的離心風機參數化示例
離心式風機是工業上使用最廣泛的設備之一，典型的應用場景包括HVAC系統等。常規結構包括旋轉的葉輪和固定的蝸殼，如下圖所示。葉輪將動能傳遞給氣體，蝸殼起整流的作用，將動能轉化為壓頭。
動畫1 離心風機旋轉動畫
葉片和蝸殼的設計直接影離響離心式風機的功率和壓頭。而在實際設計中，往往需要根據工程師的經驗，逐步調整幾何模型，通過實驗和仿真的方法來獲得模型的性能，雖然通常可以獲得更好的設計，但是因為時間和成本因素，無法保證對關鍵參數變化的所有方案的性能進行實驗和仿真分析，難以獲得最優的離心風機設計方案。通過對模型中的關鍵幾何變量進行參數化建模，配合優化分析或者方案掃掠，全面評估方案，獲得魯棒性好和性能高的模型方案。
本文提供了在Simcenter STAR-CCM+ 3D-CAD中對離心風扇進行參數化建模的示例。從下面的動畫可以看到參數化模型生成的各種設計。本文最后附帶有3D-CAD模型的仿真文件。下面列出了如何在Simcenter STAR-CCM+ 3D-CAD中構建參化數模型的詳細說明。
注：需要參考User Guide，先熟悉并掌握3D-CAD的基本操作。
動畫2 離心風機參數化模型變化動畫
第1步，葉片
首先通過繪制葉片外傾角線來構造葉片。葉片外傾線是使用4個參數構造的，即曲率（curvature），弦(Chord)，葉片偏離中心的距離（offsetFromCenter）和葉片角度（BladeAngle）。
1. 從原點開始創建兩條構造線，定義為“blade offset from center”，“bladeangle”和“blade chord length”，如下圖所示。
圖1 葉片構造線1
2.
展開 【技術帖】軸流風機的氣動性能優化
軸流就是與風葉的軸同方向的氣流，如電風扇，空調外機風扇就是軸流方式運行風機，其用途非常廣泛。之所以稱為“軸流式”，是因為氣體平行于風機軸流動。軸流風機主要由風機葉輪和機殼組成，結構簡單但是數據要求非常高。軸流式風機通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合，由此軸流風機的氣動性能成為評判其性能優劣的重要指標。
本文即將展示的是某軸流風機的氣動性能優化的全流程介紹。通過對軸流風機的葉片和風道進行調整優化以提高其流量與效率。
01
優化前準備工作：
為了方便對葉片進行調整，建立葉輪的全參數化模型，并將葉片分為六個控制截面來調整參數變化。之后設定參數變化規律或給定算法，在優化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進行仿真計算。
021
優化目標：PQ性能與效率
模型優化過程中，主要分為風道及葉片的調整，調整內容如下：
031
優化過程：
首先我們在軟件當中建立全參數化的模型，然后優化軟件設置中的參數以及參數變化范圍，接下來與CFD軟件進行耦合，最后進行全自動的性能優化。
展開 參數化高精度的整機模型對風機設計的意義
而對于認證機構而言，利用更加精確的動態載荷和結構響應分析可以對現有的認證規范進行更好的評估和改善，從而設定更加合理的安全系數，從而使整個風機行業都為之受益。
風機作為承受瞬態空氣動力學激勵的大型柔性機電系統，存在高度動態效應，要掌握風機真實的動態行為，就必須充分考慮氣動彈性、機械系統及控制系統的各種耦合效應。S4WT創新性地采用基于非線性有限元理論模擬柔性多體動力學系統和基于動量一葉素理論來表征空氣動力學、并與控制系統相聯的全耦合、一體化方法，來構建包含部件柔性、非線性及部件之間（包含機電系統之間）相互作用的高精度整機模型，從而準確模擬風機動態行為，提高風機設計可靠性。
圖2 全耦合一體化方法構建參數化高精度整機模型
一、參數化建模。高精度整機模型的參數化建模方式，可以幫助設計者可以非常方便地對不同設計方案進行對比驗證，或基于原有設計進行風機改型設計，而無需進行繁雜的模型重構，從而可以大幅縮短產品開發周期，并降低開發成本。此外通過模型參數化和報告模板定制，還可以大大減少認證機構的手工勞動并提升效率。
為快速模擬不同結構的風機或使風機的高精度整機模型能應用于結構優化的循環過程，S4WT中提供標準參數化模型庫供用戶選擇，用戶只需直接調用并依據實際情況調整參數，再結合特殊的用戶自定義部件，即可輕松實現參數化高精度整機建模。另外，用戶還可根據企業實際機型訂制開發參數化高精度模型，從而更加方便進行優化設計及風機改型的需要，只需一次投入，即可長期受益。
如下圖采用參數化建模方法，在S4WT中用戶可以輕松實現不同傳動系統設計方案的轉換、對比分析及優化設計。
展開 海上風機分層地基單樁基礎參數化建模 ￥10
<p>基于python的海上風機分層地基單樁基礎參數化建模程序，可交互式完成任意尺寸單樁基礎、復雜分層地基的從建模到提交作業全流程，如下：</p><p>1.單樁尺寸與地基層數</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202312/attachment/1e074c2e248c428aa58ac2d9ea9d4d00.png" style="text-align: center">
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Isight多學科參數優化軟件模塊構成 附isight參數優化理論和實例詳解下載
運行門戶（Runtime Gateway）
監控和后處理界面，可以繪制多種曲線、曲面、散點圖、柱狀圖、表格等，結果運行完成后生成Summary報告給出優化運行時間、最優結果及設計變量、約束等用戶關心的問題。提供設計空間可視化（VDD）、工程數據挖掘（EDM）等后處理功能。
組件庫（Library/Add-OnComponent）
包含通用和專用的CAD/CAE及自編軟件接口。
優化算法庫（Optimization）
數值優化、全局優化、多目標優化、專家智能優化算法，是工程師開展設計優化工作的利器。
試驗設計算法庫（DOE, Design OfExperiments）
通過系統而有效的方法分析設計空間、篩選關鍵設計參數（減少問題規模）、評估設計變量影響以及辨別關鍵設計變量的交互影響關系。
近似模型算法庫（Approximation）
對于計算代價高昂的CAE分析，Isight用多種近似原理構造替代模型，減少優化中調用大規模CAE分析計算的次數，提高優化效率。近似模型還用于剔除輸入參數平緩變化而輸出參數卻劇烈振蕩的仿真噪音。
質量設計優化（Quality Desgin）
運用隨機仿真和優化理論（包括：蒙特卡洛仿真、Taguchi田口穩健性設計和基于6Sigma可靠性分析和穩健性設計DFSS，Design For Six Sigma），構成一個完整的、公式化的對可靠性和穩健性進行評價和改進的品質設計哲學框架。
下載地址：isight參數優化理論和實例詳解
展開 完全掌握workbench結構參數優化（參數相關） ￥5
微信 leslie_wj
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workbench結構優化設計可以分為兩類：拓撲優化和參數優化。
本文內容：
workbench參數優化之參數相關實例詳解
下文目錄：
一：建模與參數設置
二：加載與參數設置
三：參數優化之參數相關
完全掌握workbench結構參數優化（響應面優化） ￥5
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workbench結構優化設計可以分為兩類：拓撲優化和參數優化。
本文內容：
workbench參數優化之響應面優化實例詳解
下文目錄：
一：建模與參數設置
二：加載與參數設置
三：參數優化之響應面優化
參數優化文檔介紹
摘要
VirtualLab Fusion的參數優化文檔使用戶能夠為其光學裝置應用非線性優化算法。該文檔指導您完成優化配置并最終輸出結果。這個用例解釋了參數優化文檔的不同選項和設置。目前包括三種局部優化算法和一種全局優化算法。
參數優化文檔
可以為光學裝置生成參數優化文檔，該光學裝置通過探測器或分析儀輸出要優化的數字。
參數優化文檔可以通過以下途徑打開
?功能區項目光學裝置>新參數優化
?快捷鍵“Ctrl+T”
?光學裝置編輯器的工具按鈕
參數選擇
檢測裝置規范
指定約束條件
在此頁面上，用戶可以指定約束類型和關聯值
? 系統選定的自由參數
? 探測器或分析儀計算的所有評價函數
? 可能的一般結構數量，取決于自由參數，不能直接修改。
指定約束條件
通過單擊“更新”，將觸發光學裝置的自由參數的起始值的模擬。所產生的評價函數（即其起始值）以及
→ 它們對優化的貢獻（相關性或優先級）
→ 公共價值函數值=目標函數值，定義為所有約束的加權和。
權重與貢獻
優化方法的選擇
所有提供的優化都旨在使目標函數值最小化。
1.選擇優化策略（局部或全局）
2.定義局部優化的設置
?選擇優化算法
?當達到最大迭代次數*或與上一模擬步驟的偏差小于最大公差**時，算法停止。
?通過初始步長比例因子，所有自由參數的起始值到第一次迭代值之間的步長均按比例縮放。即，控制初始配置周圍的搜索區域；
?eg.通過更高的值，可以跳出局部最小區域。
展開 參數優化
參數優化是光學設計中不可或缺的重要步驟。它可以幫助完善和改進系統，以確保完成任務的技術指標，并實現預期的性能。高速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion包括一個內置的參數優化功能，當然，根據設計任務的要求，該功能可以基于不同的仿真引擎(包括光線追跡和場追跡)工作。軟件隨附的現成探測器和分析器的選擇提供了許多最常見的優化函數，并可以通過編程進行額外的定制。
參數優化文檔簡介
VirtualLab Fusion提供三種局部優化算法和一種全局優化算法。此用例介紹了相關的參數優化文檔及其選項和設置。
了解更多
蛾眼抗反射結構的嚴格分析與設計
利用傅里葉模態法和VirtualLab Fusion中的參數優化，我們展示了抗反射蛾眼結構的分析和設計。
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基于MATLAB的鯨魚優化VMD參數，以熵值為適應度函數，對VMD參數懲罰因子和層數進行尋優，確定最優值并進行信號分解，程序已調通，可以直接運行。
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通過快速物理光學模擬VirtualLab Fusion中的參數優化，我們設計了一個圓錐表面的平凸透鏡，用于將光耦合到單模光纖中。
設計任務
系統構建板塊-導入透鏡文件
透鏡系統,例如本應用程序中的耦合透鏡,既可以由用戶從頭配置，也可以由制造商提供的信息導入。
系統構建塊-光纖效率探測器
為了找到鏡頭的優化參數集，優化文檔允許為目標值定義參數約束和權重。
總結-組件...
初始透鏡評估
參數優化
VirtualLab Fusion技術
文件信息
參數優化
參數優化是光學設計中不可或缺的重要步驟。它可以幫助完善和改進系統，以確保完成任務的技術指標，并實現預期的性能。高速物理光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion包括一個內置的參數優化功能，當然，根據設計任務的要求，該功能可以基于不同的仿真引擎(包括光線追跡和場追跡)工作。軟件隨附的現成探測器和分析器的選擇提供了許多最常見的優化函數，并可以通過編程進行額外的定制。
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摘要
光纖耦合透鏡的參數優化
通過快速物理光學模擬VirtualLab Fusion中的參數優化，我們設計了一個圓錐表面的平凸透鏡，用于將光耦合到單模光纖中。
設計任務
系統構建板塊-導入透鏡文件
系統構建塊-光纖效率探測器
優化
Introduction to the Parametric Optimization Document
總結-組件...
光纖耦合透鏡的參數優化
使用VirtualLab中的快速物理光學仿真和參數優化，針對將光耦合到單模光纖的問題，我們展示了具有圓錐表面的透鏡的設計。
設計任務
初始設置的評價
參數優化
優化結果的評價
文件信息
