abaqus流體優化的案例
基于 OpenFOAM 的計算流體力學（CFD）設計優化 ￥15
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。
展開 金屬3D打印如何優化流體歧管？
流體歧管是連接兩個或多個流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡單，但此類部件在所屬系統中發揮著重要作用。您可以采用提高流體歧管性能的方式來提升整個系統的性能。由于存在局限性，傳統制造工藝經常無法對流體歧管進行優化。重量和體積過大、尖角、滯流區和多個易漏連接點等問題很常見。
金屬增材制造(AM)能夠以傳統制造無法實現的方法優化流體歧管。經增材制造優化后的部件采用整體設計，無需組裝操作，能夠生產有機的薄壁形狀，還減少了最終組件的重量和體積。這些優勢在半導體設備等應用中尤其有益，半導體設備的特點是在潔凈環境中封裝密實、快速運動的組件，其包含許多流體管道。增材制造組件旨在提供更好的性能，在一些應用中，測得的干擾力最高降低了90%。
由于對流體歧管傳統制造的現有設計均是針對這些工藝的局限性而打造，因此通常效率較低。出于此原因，我們建議從頭開始設計優化的增材制造歧管。不過，好消息是，通常只需要一到兩次設計迭代就可以得到可用于增材制造的歧管設計。
增材制造流體歧管的示例
增材制造流體歧管用于各個行業中所用的快速運動組件的流體連接。在這些以性能為主的環境中，增材制造優化所帶來的優勢是關鍵。增材制造可以減輕重量來獲得更好的慣性結果，消除尖角以更好地控制壓力下降和干擾，并通過最大程度減少連接點來降低泄漏風險。
推動流體歧管應用采用增材制造的關鍵因素
使用增材制造的好處通常是相互關聯的。無論項目的主要目標是什么，例如因空間有限而進行包裝，都可以通過巧妙的設計策略來實現所有這些好處，令產品的表現超越主要目標（例如，減輕重量和改善流動性）。
展開 攪拌混合CFD流體仿真優化設計
針對參數化建模Ansys 有designmodeler, STAR-CCM+ 有3D-CAD Models, 更推薦使用STAR-CCM+,可以輕松的導出參數化模型為Java文件，使用宏運行Java文件快速復用三維模型，可以配合全局參數，在設計探索功能中進行參數化掃描進行設計優化。
利用流體仿真優化泵的能耗
作者：Thomas Folsche，CP Pumpen AG公司技術總監，瑞士Zofingen
利用流體仿真優化泵的能耗
工廠經營者在購置泵類產品時越來越重視降低功耗，希望實現更高的效率和較低的維護成本。CP Pumpen（CP Pumps）公司位于瑞士，是業界領先的優質離心泵供應商之一，為了在競爭激烈的市場中取得優勢，該公司在工程仿真軟件方面進行了大量投資，用于提高產品的性能 。
很多年來，公司一直致力于幫助客戶改進流體處理系統的可持續性。泵運轉的能耗成本可能高達泵生命周期總成本的85%。因此，通過改善液壓性能、提升總體效率，能顯著降低泵的功耗，節約大量運行成本。
快速、低成本的開發過程
幾年前，CP Pumps 需要對原有的金屬化學磁耦合泵（MKP）產品系列進行修改。在嘗試使用公司內部的開發工具之后，設計團隊認為標準的產品開發方法耗時過長而且成本過高。初始設計方案只能通過實驗數據來比較，這需要為每種方案單獨開發原型，并在液壓測試臺中分別進行測試。在尋找替代方案過程中，公司了解到了ANSYS CFX 和ANSYS BladeModeler軟件。BladeModeler 使CP Pumps 的工程師能夠快速、方便地對葉輪的幾何外形進行建模。用戶可利用該工具設計子午線流道和葉片形狀，包括葉片厚度分布。在確定了葉片幾何外形之后，就可以利用該軟件進一步確定流道的橫截面面積，以實現對流體特征的評估。
ANSYS CFX仿真可提供輸出壓頭、功耗和效率信息；也可為設計者提供泵內部的流場視圖。
接下來，工程師在ANSYS Workbench平臺中啟動CFX 計算流體動力學（CFD）仿真分析。CFX 可以計算出完整的三維流場，其中包括流體壓力和速度，這樣可以對葉輪輸出壓頭和效率進行評估。
展開 
CFD專欄丨Altair AcuSolve 流體拓撲優化案例分享
Altair? OptiStruct? 的拓撲優化技術已經廣泛用于航空航天，車輛等結構部件的減重項目。在2021.2版本中，通用計算流體力學模塊AcuSolve 新增了CFD的拓撲優化功能。
OptiStruct的結構拓撲優化
AcuSolve的流體拓撲優化
CFD拓撲優化方法需要先創建一個設計空間，在此空間內軟件算法自動尋優，逐步去除多余的空間體積，找出最佳的流道形狀。
Tosca fluid--流體流動的設計和優化
Tosca fluid是目前唯一一款模塊化的針對管道流動問題的無參管道流體優化系統，它采用行業標準的CFD拓撲優化求解器，其優化過程設置簡單、不需要參數?；诔跏嫉脑O計空間，由Tosca fluid自動優化流道的設計，采用先進的優化技術幫助工程師開發新的產品，采用單一的CFD求解器運行得到諸如顯著降低壓降和增強流動均勻性的優化結構。
Tosca fluid優勢
與先進的CFD求解器無縫集成；
通過自動布局和廣泛集成過程提高效率；
通過在產品開發的早期階段應用優化縮短開發時間；
獨特的和經濟的新型流道開發方法；
Tosca fluid-流體流動的設計和優化.pdf
展開 飛機翼形最優化（結構、流體耦合）
機翼在飛機飛行過程中受到氣流的作用會導致機翼的變形從而會引起飛機的性能下降，甚至會引起飛機飛行安全問題，如果想優化機翼形狀，必須綜合考慮機翼受力變形情況，因為機翼的表面壓力跟機翼變形是相輔相成的，壓力導致變形同時變形又影響壓力的大小及分布。所以在本次優化涉及流固耦合問題，必須進行流體分析（計算上的機翼的壓力）和機翼結構分析（計算變形量），modeFRONTIER能夠集成流體分析軟件和結構分析軟件進行復雜的多學科復合領域問題的優化求解。
如何用計算流體力學指導手術室潔凈空調運行優化
四
結語
本文就III級手術室的實際環境進行了CFD數值模擬，較真實的反映了該手術室的流場、溫度場的分布情況，模擬的結果經過現場測試數據驗證，可很好地指導此類手術室潔凈空調的實際參數優化。根據數值模擬結果和現場測試，進一步優化了該手術室自動控制軟件的溫濕度控制邏輯關系，溫度數據采集點為送風口溫度，濕度采集點為回風管中的回風濕度，有效地避免了室內溫濕度波動情況的出現。
Fluent 流體仿真快速優化方法與伴隨求導
2016年12月27日
20:00 - 21:00
注冊 ?
聯系方式：
郵箱：info-china@ansys.com
電話：4008198999
網絡研討會介紹：
FLUENT 包含了強大的優化工具，伴隨矩陣求解(Adjoint Solver)用來分析結果相對于輸入參數變化的敏感程度。該求解器基于快速網格變形（Mesh Morph）和梯度算法，可以快速對進行設計優化。提升產品性能指標。
該方法可以應用在如下領域：流體輸送管路阻力優化；高升阻比翼型設計等。
點擊上方“注冊”參加本次網絡研討會。
船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
下載此報告，了解 IBMV 如何將設計優化用于節能設備的開發，以及 ABS 如何使用自動設計探索改進了螺旋槳性能。
展開 基于計算流體動力學仿真的離心式人工心臟泵葉片參數優化
3.5 模型優化后的葉片結構參數和性能
在上述仿真實驗中，對葉片出口角度、葉片出口寬度、葉片厚度和分流葉片對離心式人工心臟泵的剪切應力分布、水力性能的影響進行了研究，得到了一組性能較好的葉片結構參數見表1。
表1 優化模型的葉片結構參數
圖10為優化后的葉輪三維模型與泵的裝配剖視圖。將優化模型與基礎模型的仿真結果進行對比可以發現，優化后模型葉輪表面的最大剪切應力為455Pa，基礎模型葉輪表面的最大剪切應力約為584.7Pa，優化后葉輪表面的最大剪切應力降低了22%。此外，優化后的葉輪揚程約為114.6mmHg，基礎模型葉輪的揚程約為119.1mmHg，兩者揚程均能滿足人工心臟泵的使用要求，且優化后的葉輪揚程更接近100mmHg，更符合設計的需求。
圖10
4 結論
本文基于計算流體動力學仿真分析，研究了不同葉片結構參數下的離心式心室輔助泵的剪切應力分布、水力性能變化，發現葉片形狀對泵的剪切應力分布、水力性能有較大影響。直葉片較后彎葉片有較大的揚程，但存在更大的剪切應力。當葉片出口角度較小時，葉片表面及泵內剪切應力較大；當葉片出口角度過大時，由于葉片前緣向前傾斜，不利于前緣處流體的運動，剪切應力反而增大。
葉片出口寬度與泵的揚程呈正相關的關系，在設計時需要配合蝸殼前后間隙綜合考慮，避免影響泵內血液流動狀態而發生溶血。葉片厚度較小時，葉片表面及泵內剪切應力較大，適當增大葉片厚度可以有效降低葉片緣剪切應力分布。
分流葉片在增加輔助泵的揚程的同時也會引起葉片表面的剪切應力增大，適用于低轉速下需要增加水力性能需求的葉輪設計。在本文研究范圍內，葉片出口角度β2=60°、葉片出口寬度b2=6mm、葉片厚度δ=2.5mm且沒有分流葉片的葉輪性能更好。
文章來源：工具技術
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使用嵌入 CAD 的工程流體力學仿真 優化氣體混合過程
工程師集中精力處理其中一項設計并執行進一步優化，仿真結果表明，最終設計的壓降僅有 300 帕斯卡，這比現有的燃燒器設計減少了 900%（10 倍）。直到這一階段，Eclipse 才針對新設計建造了第一個原型。原型的性能非常接近仿真預測，這大幅降低了獲取新設計所需的時間和成本。
總之，將嵌入 CAD 的 CFD 仿真解決方案用于氣體混合產品的早期設計階段可以節省時間和成本。針對特定行業的具體需求而優化的最佳做法，可以幫助設計工程師避免分析錯誤。通過遵循特定的流程，所有工程師都可以在更改成本很低甚至無需任何成本的時候優化設計。
VisualDOC工程應用[4]——流體流通孔幾何尺寸優化
VisVisualDOC/FLUENT流體流通孔幾何尺寸優化
VisualDOC要通過改變孔的直徑和位置（中心偏移量）使10個指定位置處的平均流速最大。約束條件為十個位置處必須滿足給定的最小速度要求。
初始孔不能滿足兩流速緩慢處的最小流速的要求
優化后的Z形流動狀態表明，十個指定位置的速度約束條件均滿足，而速度目標函數也已最大化
確定孔的幾何尺寸使其滿足十個位置處的最小流速要求
3D打印與流體仿真優化技術的結合助力螺線管設計制造
本期的增材.專欄文章完整地展示了安世亞太基于流體優化仿真技術進行螺線管優化設計的分析流程及方法（如圖1所示）。
圖1 螺線管的優化設計流程
在本文的案例中，先是基于螺線管原始設計對螺線管進行幾何建模并參數化，然后通過流體仿真軟件獲得氣流在螺線管內的流動情況，并利用參數優化軟件完成對螺線管的設計參數優化，最后通過增材制造技術生產得到優化后的螺線管。
研究對象及目標
本文以某種規格螺線管作為分析對象，其原始設計結構如圖2所示，通過流體仿真分析，獲得空氣通過螺線管后的射流速度，并通過優化螺線管的幾何結構，提高空氣入流速度以及吸沫口內外壓力差，進而提高螺線管的吸沫能力。
圖2 某規格螺線管原始設計
參數化建模
按照螺線管的原始結構所建立的流體仿真用計算域如圖3所示，并對關注的幾何特征參數進行參數化，詳情可見表3.1。幾何特征的建模及參數化可通過ANSYS DesignModeler進入到后續仿真流程中。
圖3 流體仿真所用計算域
表3.1 可進行參數化的幾何特征參數
流場分析
利用流體仿真軟件ANSYS Fluent對螺線管進行流場分析，獲得在特定邊界與材料屬性下空氣在螺線管道內的流動情況，得出管道入口的空氣進氣量和吸沫口內外壓力差，并對管道入口的空氣進氣量和吸沫口內外壓力差進行參數化，用于后續optiSLang的參數優化。
空氣在原設計螺線管內的流動情況，如圖4所示。從圖中可以看出，螺線管入口的空氣流速為485m/s，而吸沫口內外壓力差為5.255KPa。
展開 計算流體力學在水處理反應器優化設計運行中的應用
計算流體力學主要通過計算機模擬獲得流體在特定條件下的有關信息，這一技術的出現和發展，使得 利用數學模型精確模擬水處理反應器設計條件下的處理過程成為可能。綜述了應用計算流體力學優化水處 理反應器設計和運行的國內外研究，指出了研究中存在的問題：①未從生化反應的基本原理出發建立基于流 動、環境因子濃度分布和生化反應的數值模型，優化反應器的設計和運行；②缺乏足夠的數據驗證數值模擬 結果。在此基礎上提出了今后的研究重點
計算流體力學在水處理反應器優化設計運行中的應用.pdf
