流體優(yōu)化設(shè)計(jì)的案例
基于 OpenFOAM 的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）設(shè)計(jì)優(yōu)化 ￥15
基于 OpenFOAM 的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）設(shè)計(jì)優(yōu)化
課程定位：從流動(dòng)仿真到自動(dòng)化外形與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)習(xí)收獲
借助簡(jiǎn)單流動(dòng)案例，理解基于 CFD 的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以及靈敏度優(yōu)化、外形優(yōu)化和拓?fù)?em>優(yōu)化的相關(guān)概念。
無需掌握伴隨理論前置知識(shí)，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(diǎn)與幾何約束條件，完成二維方柱繞流的外形優(yōu)化。
針對(duì)單入口、雙出口的三維內(nèi)流問題，配置基于孔隙率的拓?fù)?em>優(yōu)化方案。
合理設(shè)置源項(xiàng)耦合，實(shí)現(xiàn)孔隙率場(chǎng)與動(dòng)量方程的關(guān)聯(lián)。
創(chuàng)建并管理單元集與單元區(qū)域，以此限定優(yōu)化的有效范圍。
利用目標(biāo)函數(shù)變化歷程、靈敏度數(shù)據(jù)及孔隙率演變規(guī)律，分析優(yōu)化的收斂性。
通過 ParaView 閾值分析與等值面功能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化后外形及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可視化。
識(shí)別并解決 CFD 優(yōu)化流程中常見的設(shè)置錯(cuò)誤與收斂性問題。
修改課程提供的演示案例，探索不同目標(biāo)函數(shù)與約束條件下的優(yōu)化效果。
課程介紹
發(fā)布時(shí)間：2026 年
MP4 視頻
本課程是一門側(cè)重實(shí)操的基于 OpenFOAM 的 CFD 設(shè)計(jì)優(yōu)化入門課，旨在幫助學(xué)習(xí)者突破單純的流動(dòng)可視化局限，掌握系統(tǒng)化、仿真驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方法。課程核心重點(diǎn)是講解 CFD 優(yōu)化問題的搭建思路，以及各項(xiàng)配置選擇的內(nèi)在邏輯，而非針對(duì)大規(guī)模工業(yè)級(jí)問題的求解。
本課程專為無伴隨方法前置知識(shí)的學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)。所有優(yōu)化相關(guān)概念均從設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的角度切入講解，清晰界定優(yōu)化對(duì)象，以及 CFD 技術(shù)如何指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化升級(jí)。課程最大限度簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)推導(dǎo)的復(fù)雜度，全程側(cè)重實(shí)操實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)要點(diǎn)。
展開 攪拌混合CFD流體仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)
攪拌混合設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一大類工藝設(shè)備，有相對(duì)成熟的理論和設(shè)計(jì)，攪拌槳葉類型層出不窮，針對(duì)不同工藝需求又需要不同的類型規(guī)格尺寸，這樣對(duì)仿真提出了比較特殊的要求，就是建模需要參數(shù)化并可以迅速調(diào)整。
常見的通用CFD軟件提供了不同的快捷方案，比如Ansys Fluent提供了攪拌模板是從最早的mixsim演化而來，STAR-CCM+提供了mixing workflow, Comsol提供了mixer app，這三種方式都內(nèi)置了一些經(jīng)典樣式的攪拌槳葉和容器組合，可以快速設(shè)置進(jìn)行簡(jiǎn)單的仿真分析。
實(shí)際工作過程中，攪拌槳葉類型變化比較多，需要仿真模擬的往往是經(jīng)典樣式的變形或改進(jìn)或新類型，需要單獨(dú)建模，在過程中需要調(diào)整規(guī)格尺寸進(jìn)行方案仿真比對(duì)。
針對(duì)參數(shù)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(dǎo)出參數(shù)化模型為Java文件，使用宏運(yùn)行Java文件快速復(fù)用三維模型，可以配合全局參數(shù)，在設(shè)計(jì)探索功能中進(jìn)行參數(shù)化掃描進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
展開 Tosca fluid--流體流動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化
Tosca fluid是目前唯一一款模塊化的針對(duì)管道流動(dòng)問題的無參管道流體優(yōu)化系統(tǒng)，它采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CFD拓?fù)?em>優(yōu)化求解器，其優(yōu)化過程設(shè)置簡(jiǎn)單、不需要參數(shù)。基于初始的設(shè)計(jì)空間，由Tosca fluid自動(dòng)優(yōu)化流道的設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)幫助工程師開發(fā)新的產(chǎn)品，采用單一的CFD求解器運(yùn)行得到諸如顯著降低壓降和增強(qiáng)流動(dòng)均勻性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
Tosca fluid優(yōu)勢(shì)
與先進(jìn)的CFD求解器無縫集成；
通過自動(dòng)布局和廣泛集成過程提高效率；
通過在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段應(yīng)用優(yōu)化縮短開發(fā)時(shí)間；
獨(dú)特的和經(jīng)濟(jì)的新型流道開發(fā)方法；
Tosca fluid-流體流動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化.pdf
展開 船舶計(jì)算流體力學(xué) (CFD) - 船舶設(shè)計(jì)與優(yōu)化的頂尖仿真工具（免費(fèi)領(lǐng)文檔）
盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 的興起，也帶來了以數(shù)字化方式研究船舶行為的機(jī)會(huì)。這就開創(chuàng)了在真實(shí)的運(yùn)行條件下以全尺寸預(yù)測(cè)船舶性能的方式。在本項(xiàng)專題報(bào)告中，我們將展示挪威船級(jí)社 (DNV-GL) 和美國船級(jí)社 (ABS) 這樣的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的工程師和船舶設(shè)計(jì)師如何使用 Simcenter 軟件進(jìn)行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動(dòng)力學(xué)仿真
空氣動(dòng)力學(xué)分析
推進(jìn)系統(tǒng)
數(shù)值船池
自動(dòng)設(shè)計(jì)探索
流體動(dòng)力學(xué)仿真為船池試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)性能。然而，制作船池模型并進(jìn)行試驗(yàn)，不僅成本高昂，而且格外耗時(shí)。這就意味著，船池試驗(yàn)通常在設(shè)計(jì)周期后期執(zhí)行。這些試驗(yàn)用于驗(yàn)證和調(diào)整已經(jīng)確定的設(shè)計(jì)，而不是為早期設(shè)計(jì)選項(xiàng)出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗(yàn)提供了新型備選方案。工程師們可以使用數(shù)值船池的虛擬模型，以數(shù)字化方式測(cè)試船舶性能。流體動(dòng)力學(xué)仿真的設(shè)置和運(yùn)行快速，因此能夠更早在設(shè)計(jì)流程中部署。這樣就可以提供工程數(shù)據(jù)，用于將設(shè)計(jì)推向不同的、更好的方向，開辟船舶設(shè)計(jì)創(chuàng)新之路。
專題報(bào)告包含多個(gè)案例研究，展示 CFD 仿真在各種場(chǎng)合的應(yīng)用，包括船體的流體動(dòng)力學(xué)優(yōu)化以及螺旋槳裝置的建模，包括預(yù)測(cè)空化現(xiàn)象。這些研究顯示了快速進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估的優(yōu)勢(shì)所在，以及船舶可用的多種多物理場(chǎng)模型。
了解如何進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化
要想在船舶能效和創(chuàng)新的競(jìng)賽中保持領(lǐng)先，工程師需要能夠快速地預(yù)測(cè)出設(shè)計(jì)更改對(duì)船舶實(shí)際性能所造成的影響。設(shè)計(jì)探索軟件依據(jù)用戶定義的要求對(duì)各種變型進(jìn)行快速、自動(dòng)化的評(píng)估，將 CFD 仿真推向新一層級(jí)。
下載此報(bào)告，了解 IBMV 如何將設(shè)計(jì)優(yōu)化用于節(jié)能設(shè)備的開發(fā)，以及 ABS 如何使用自動(dòng)設(shè)計(jì)探索改進(jìn)了螺旋槳性能。
展開 
計(jì)算流體力學(xué)在水處理反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行中的應(yīng)用
計(jì)算流體力學(xué)主要通過計(jì)算機(jī)模擬獲得流體在特定條件下的有關(guān)信息，這一技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得 利用數(shù)學(xué)模型精確模擬水處理反應(yīng)器設(shè)計(jì)條件下的處理過程成為可能。綜述了應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)優(yōu)化水處 理反應(yīng)器設(shè)計(jì)和運(yùn)行的國內(nèi)外研究，指出了研究中存在的問題：①未從生化反應(yīng)的基本原理出發(fā)建立基于流 動(dòng)、環(huán)境因子濃度分布和生化反應(yīng)的數(shù)值模型，優(yōu)化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行；②缺乏足夠的數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)值模擬 結(jié)果。在此基礎(chǔ)上提出了今后的研究重點(diǎn)
計(jì)算流體力學(xué)在水處理反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行中的應(yīng)用.pdf
展開 3D打印與流體仿真優(yōu)化技術(shù)的結(jié)合助力螺線管設(shè)計(jì)制造
通過定義優(yōu)化目標(biāo)、約束條件以及設(shè)定優(yōu)化算法，并基于第一步得到的高質(zhì)量響應(yīng)面函數(shù)（MOP），可以進(jìn)行快速進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省大量時(shí)間。快速優(yōu)化分析結(jié)果如圖6所示，由此獲得在特定目標(biāo)和約束條件下的最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)。
圖6 MOP優(yōu)化分析結(jié)果
第三步是對(duì)第二步中獲得的最終優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證性分析。基于快速優(yōu)化分析結(jié)果獲得最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，并在ANSYS DesignModeler中更新螺線管結(jié)構(gòu)，如圖7所示，然后在ANSYS Fluent中進(jìn)行驗(yàn)證性分析，最終完成螺線管的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
圖7 優(yōu)化后的螺線管結(jié)構(gòu)
空氣在優(yōu)化后螺線管內(nèi)的流動(dòng)情況，如圖8所示。從圖中可以看出，螺線管入口的空氣流速為594m/s，而吸沫口內(nèi)外壓力差為32.641KPa。
圖8 空氣在優(yōu)化后螺線管內(nèi)的速度和壓力分布情況
通過對(duì)比螺線管優(yōu)化前后的空氣的流速和壓力分布發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后空氣進(jìn)入螺線管的流量增加22%，而優(yōu)化后吸沫口內(nèi)外壓力差增大了5倍，螺線管的吸沫效果得到了顯著提高。
螺線管生產(chǎn)制造
采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)得到的螺線管如圖9所示。
圖9 優(yōu)化后螺線管的制造成品
總結(jié)
本文通過調(diào)用流體仿真軟件ANSYS Fluent和參數(shù)優(yōu)化軟件optiSLang，基于給定的約束條件和設(shè)計(jì)要求，對(duì)某規(guī)格螺線管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了滿足性能設(shè)計(jì)要求的螺線管結(jié)構(gòu)。通過上面的案例說明，流體仿真優(yōu)化技術(shù)可以應(yīng)用于產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，從而提升產(chǎn)品性能、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、降低增材制造的生產(chǎn)成本。
展開 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（一）:靜力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過反復(fù)迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對(duì)復(fù)雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（三）：APDL在Workbench中的優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過反復(fù)迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對(duì)復(fù)雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（二）：熱固耦合優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過反復(fù)迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對(duì)復(fù)雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（四）：模態(tài)分析優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
所謂優(yōu)化，是指最大化或最小化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)是指尋找一種方案以滿足所有的設(shè)計(jì)要求，并且需要的支出最少。
優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數(shù)值法--借助計(jì)算機(jī)和有限元，通過反復(fù)迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對(duì)復(fù)雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應(yīng)用于工程中。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。
在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。
1.2 優(yōu)化分析工具
ANSYS Workbench 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優(yōu)化工具)、Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具)、Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具)、Response Surface(響應(yīng)曲面優(yōu)化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優(yōu)化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優(yōu)化工具):設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，利用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設(shè)計(jì)點(diǎn)。
(3)Parameters Correlation(參數(shù)相關(guān)性優(yōu)化分析工具):可以得出某一輸入?yún)?shù)對(duì)響應(yīng)曲面的影響的大小。
展開 金屬3D打印如何優(yōu)化流體歧管？
流體歧管是連接兩個(gè)或多個(gè)流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡(jiǎn)單，但此類部件在所屬系統(tǒng)中發(fā)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(gè)系統(tǒng)的性能。由于存在局限性，傳統(tǒng)制造工藝經(jīng)常無法對(duì)流體歧管進(jìn)行優(yōu)化。重量和體積過大、尖角、滯流區(qū)和多個(gè)易漏連接點(diǎn)等問題很常見。
金屬增材制造(AM)能夠以傳統(tǒng)制造無法實(shí)現(xiàn)的方法優(yōu)化流體歧管。經(jīng)增材制造優(yōu)化后的部件采用整體設(shè)計(jì)，無需組裝操作，能夠生產(chǎn)有機(jī)的薄壁形狀，還減少了最終組件的重量和體積。這些優(yōu)勢(shì)在半導(dǎo)體設(shè)備等應(yīng)用中尤其有益，半導(dǎo)體設(shè)備的特點(diǎn)是在潔凈環(huán)境中封裝密實(shí)、快速運(yùn)動(dòng)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(yīng)用中，測(cè)得的干擾力最高降低了90%。
由于對(duì)流體歧管傳統(tǒng)制造的現(xiàn)有設(shè)計(jì)均是針對(duì)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(shè)計(jì)優(yōu)化的增材制造歧管。不過，好消息是，通常只需要一到兩次設(shè)計(jì)迭代就可以得到可用于增材制造的歧管設(shè)計(jì)。
增材制造流體歧管的示例
增材制造流體歧管用于各個(gè)行業(yè)中所用的快速運(yùn)動(dòng)組件的流體連接。在這些以性能為主的環(huán)境中，增材制造優(yōu)化所帶來的優(yōu)勢(shì)是關(guān)鍵。增材制造可以減輕重量來獲得更好的慣性結(jié)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(diǎn)來降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
推動(dòng)流體歧管應(yīng)用采用增材制造的關(guān)鍵因素
使用增材制造的好處通常是相互關(guān)聯(lián)的。無論項(xiàng)目的主要目標(biāo)是什么，例如因空間有限而進(jìn)行包裝，都可以通過巧妙的設(shè)計(jì)策略來實(shí)現(xiàn)所有這些好處，令產(chǎn)品的表現(xiàn)超越主要目標(biāo)（例如，減輕重量和改善流動(dòng)性）。
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電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)(Thermal Design of Electronic Equipment)-7 熱設(shè)計(jì)與流體動(dòng)力學(xué)
本小節(jié)將從流體動(dòng)力學(xué)方面來闡述熱設(shè)計(jì)。
進(jìn)行熱設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的理論是傳熱學(xué)和流體力學(xué)。傳熱學(xué)主要研究熱量傳遞的基本形式、傳熱機(jī)理以及傳熱計(jì)算方法。而流體力學(xué)主要研究流體流動(dòng)特性和流動(dòng)時(shí)阻力計(jì)算等。數(shù)值求解溫度場(chǎng)是基于流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果上的，流體流動(dòng)滿足三大守恒定律，包括質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒。
為了充分理解自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流的傳熱，有必要對(duì)流體動(dòng)力學(xué)有一個(gè)基本的了解。
流體是指任何沒有形式的物質(zhì)。液體和氣體都是流體。此外，為了區(qū)分液體和氣體，液體有一個(gè)表面，而氣體會(huì)膨脹以填充一個(gè)體積。液體通常被認(rèn)為幾乎是不可壓縮的，而氣體則很容易被壓縮。絕大多數(shù)冷卻液流都是不可壓縮的。
涉及流體動(dòng)力學(xué)的先進(jìn)的冷卻技術(shù)包括Liquid Immersion Cooling（液體浸沒）、Multiphase cooling（多相冷卻）和Jet impingement（射流沖擊）。
1. Liquid Immersion Cooling（液體浸沒）
液體浸沒冷卻是通過浸沒在導(dǎo)熱的介電液體中來減少硬件中的熱量。
浸液冷卻最簡(jiǎn)單的例子之一是將標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)冷計(jì)算機(jī)的硬件浸入礦物油中。礦物油是不導(dǎo)電和無電容的，對(duì)電子產(chǎn)品沒有威脅。電腦愛好者有時(shí)會(huì)使用這種方法，使用標(biāo)準(zhǔn)的水族館來放置硬件。風(fēng)扇繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使油以較低的速度在散熱器上循環(huán)，但使用比空氣更有效的流體介質(zhì)進(jìn)行冷卻。這冷卻了部件，因?yàn)橛褪紫任諢崃浚缓笫芤嬗谡舭l(fā)冷卻。然而，這種方法無法處理高熱負(fù)荷，需要偶爾補(bǔ)充機(jī)油。
更復(fù)雜的浸沒冷卻方法被用于展示計(jì)算機(jī)、大型機(jī)和數(shù)據(jù)中心。這些系統(tǒng)仍然經(jīng)常利用蒸發(fā)冷卻并浸沒零件，但它們通常是一個(gè)封閉系統(tǒng)，更像是傳統(tǒng)的液體冷卻（配有泵和外部散熱器）和浸沒冷卻的混合體。他們的液體通常是一種工程介電流體，其沸點(diǎn)低于水。液體蒸發(fā)、冷凝并滴回專門設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐。
展開 優(yōu)化設(shè)計(jì)之拓?fù)?em>優(yōu)化
優(yōu)化設(shè)計(jì)又叫輕量化設(shè)計(jì)，稱之為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是指在給定約束條件下，按某種目標(biāo)(如重量最輕、成本最低、剛度最大等)求出最好的設(shè)計(jì)方案，曾稱為結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)。相對(duì)于“結(jié)構(gòu)分析”而言，又稱“結(jié)構(gòu)綜合”；如以結(jié)構(gòu)的重量最小為目標(biāo)，則稱為最小重量設(shè)計(jì)。-來源【結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)_百度百科】
優(yōu)化
設(shè)計(jì)的思路改變了傳統(tǒng)的"沉就是好，粗就是強(qiáng)”的誤區(qū)。
輕量化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路是“砍結(jié)構(gòu)為主，減材料為輔”的方式，通過改變實(shí)現(xiàn)方式省去冗余結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行主要的減重，并以對(duì)個(gè)體零件的鏤空、更換低密度材料等方式進(jìn)行輔助。
拓?fù)?em>優(yōu)化
Topology Optimization
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。是在給定的3D幾何設(shè)計(jì)空間內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)人員設(shè)置的定義規(guī)則集優(yōu)化材料的布局及結(jié)構(gòu)的過程。目標(biāo)是通過對(duì)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的外力、荷載條件、邊界條件、約束以及材料屬性等因素進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化，從而最大限度的提高零件的性能。
展開 利用流體仿真優(yōu)化泵的能耗
作者：Thomas Folsche，CP Pumpen AG公司技術(shù)總監(jiān)，瑞士Zofingen
利用流體仿真優(yōu)化泵的能耗
工廠經(jīng)營者在購置泵類產(chǎn)品時(shí)越來越重視降低功耗，希望實(shí)現(xiàn)更高的效率和較低的維護(hù)成本。CP Pumpen（CP Pumps）公司位于瑞士，是業(yè)界領(lǐng)先的優(yōu)質(zhì)離心泵供應(yīng)商之一，為了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中取得優(yōu)勢(shì)，該公司在工程仿真軟件方面進(jìn)行了大量投資，用于提高產(chǎn)品的性能 。
很多年來，公司一直致力于幫助客戶改進(jìn)流體處理系統(tǒng)的可持續(xù)性。泵運(yùn)轉(zhuǎn)的能耗成本可能高達(dá)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(jié)約大量運(yùn)行成本。
快速、低成本的開發(fā)過程
幾年前，CP Pumps 需要對(duì)原有的金屬化學(xué)磁耦合泵（MKP）產(chǎn)品系列進(jìn)行修改。在嘗試使用公司內(nèi)部的開發(fā)工具之后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品開發(fā)方法耗時(shí)過長(zhǎng)而且成本過高。初始設(shè)計(jì)方案只能通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來比較，這需要為每種方案單獨(dú)開發(fā)原型，并在液壓測(cè)試臺(tái)中分別進(jìn)行測(cè)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(duì)葉輪的幾何外形進(jìn)行建模。用戶可利用該工具設(shè)計(jì)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(jìn)一步確定流道的橫截面面積，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體特征的評(píng)估。
ANSYS CFX仿真可提供輸出壓頭、功耗和效率信息；也可為設(shè)計(jì)者提供泵內(nèi)部的流場(chǎng)視圖。
接下來，工程師在ANSYS Workbench平臺(tái)中啟動(dòng)CFX 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真分析。CFX 可以計(jì)算出完整的三維流場(chǎng)，其中包括流體壓力和速度，這樣可以對(duì)葉輪輸出壓頭和效率進(jìn)行評(píng)估。
展開 CFD專欄丨Altair AcuSolve 流體拓?fù)?em>優(yōu)化案例分享
Altair? OptiStruct? 的拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)廣泛用于航空航天，車輛等結(jié)構(gòu)部件的減重項(xiàng)目。在2021.2版本中，通用計(jì)算流體力學(xué)模塊AcuSolve 新增了CFD的拓?fù)?em>優(yōu)化功能。
OptiStruct的結(jié)構(gòu)拓?fù)?em>優(yōu)化
AcuSolve的流體拓?fù)?em>優(yōu)化
CFD拓?fù)?em>優(yōu)化方法需要先創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)空間，在此空間內(nèi)軟件算法自動(dòng)尋優(yōu)，逐步去除多余的空間體積，找出最佳的流道形狀。
流體優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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