流體阻力優化的案例
流體對物體的阻力
03
形狀阻力之前部阻力
雖然說物體后部的形狀對阻力大小是決定性的，但前部形狀也是很重要的。例如，物體前部如果是方頭的，流體就會在尖角處早早地分離，后部精心設計的形狀就失去意義了。目前在高速公路上跑的卡車，已經實現的形狀優化主要集中在前部，后部受集裝箱形狀的限制，所做的工作較少。
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。
流體阻力手冊
流體阻力手冊
流體阻力手冊.part1.rar
流體阻力手冊.part2.rar
流體阻力手冊.part3.rar
流體阻力手冊.part4.rar
流體阻力手冊.part5.rar
矩形出風管道阻力說明及CFD優化
實際管道測點位置及模型監測位置如圖：（實測兩測點間的阻力約為550Pa）
根據本項目煙氣量及溫度，進行氣流模擬（靜壓力云圖）如下圖分析：
監測點位置1（平面）壓力云圖： （最大壓力550Pa；最小壓力495Pa；平均壓力516Pa）
監測點位置2（平面）壓力云圖： （最大壓力129Pa；最小壓力-76Pa；平均壓力68Pa）
對比：
類別
兩測點間阻力
實際測量
約550Pa
氣流模擬監測(平均壓力）
監測點位置1：516Pa
448Pa
監測點位置2：68Pa
降阻方案：
速度云圖（原管道）
速度云圖（增加合適導流板）
在增加合適導流板后，從速度云圖對比可見，速度擴散明顯，高風速區降低明顯。
壓力云圖（增加合適導流板）
監測點Z、Z1的壓力
增加導流板后，監測點Z、Z1的阻力為228Pa，比原管道阻力448Pa，減小了220Pa。
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。
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 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）
使用船舶計算流體力學 (CFD) 軟件的主要優勢
使用船舶 CFD 軟件，意味著設計師可以在真實工作條件下檢查船舶性能的每個方面。我們的多物理場 CFD 求解器不斷得以開發，只為提供以下所需的每一種船舶仿真解決方案：
船體阻力預測
螺旋槳性能，包括空化的預測
由螺旋槳或虛擬碟盤組成的自推進系統仿真
預測船舶運動、對海浪的響應和相互作用
空氣動力學和流體動力學組合仿真
流體力學和抗壓力組合仿真
與一維系統仿真工具的協同仿真
通過此概述視頻了解更多信息。
為何對船舶應用全尺寸 CFD 仿真？
以比例模型測試船舶設計給預測增加了不確定性。得到的結果必須放大，才能預測實際性能；而為此采用的經驗關系可能會導致不準確性。可以按全尺寸進行 CFD 建模，而不再需要放大結果。此外，全尺寸仿真可以確保邊界層效應得以正確捕獲，同樣，螺旋槳性能可以準確預測。通過此白皮書詳細了解船舶全尺寸 CFD 仿真的優勢。
使用船舶 CFD 軟件，讓船舶設計師和工程師可以在真實的運行條件下以全尺寸檢測船舶性能。自動化方面的最新進展意味著可以在幾個小時內完成設計測試，便于探索各種不同選項、執行設計優化以及將最高效的設計投入市場。
船舶設計流程各個階段的解決方案
我們的解決方案可以助力創建船舶數字化雙胞胎，從最早的概念階段開始，直到最終的生產設計和運作。我們的解決方案產品組合可以幫助您更快實現設計目標，提供包括以下功能在內的性能預測：
多物理場 CFD 仿真
空氣動力學和流體動力學仿真
一維系統分析
結構完整性和聲學預測
自動化探索和設計優化
智能報告和數據分析
我們的解決方案中包括軟件、物理測試和工程服務，可幫助您滿足甚至超越效率要求。將這些解決方案作為完整產品生命周期管理系統的一部分。
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。
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 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。基于初始的設計空間，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 
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
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。
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 