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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。

換言之，它根據設計變量（輸入）提供目標（輸出）的靈敏度。Simcenter STAR-CCM+ 提供了一種伴隨拓撲優化方法，在用戶指定的設計空間內，軟件在此空間自動尋優，逐步去除或增加空間固體材料體積，自動生成最佳的流道形狀。因此，在伴隨拓撲優化中，求解材料分布過程非常關鍵，期間將創建新流體域，以反映流體域相對于成本函數的最佳設計。

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。

四、結論在這項研究中利用計算流體動力學（CFD）方法來研究流道設計，通過具有六個模腔的高壓鑄造模具，來觀看充填的影響性，比較兩種流道設計，一種具有固定的橫截面主流道，另一個具有階梯狀的主流道，截面積與模腔的體積成比例。

因此，在離心泵葉輪優化設計過程中，離不開CFD的支持。通常，先設計出幾種不同的水力方案；接著利用CFD進行模擬分析；最后根據分析結果選出一種最符合設計要求的方案。 利用CFD進行模擬分析是一種有效的設計和估算水力設計的方法，可以減少時間、降低成本、提高設計準確性。它可以在很大的范圍內減少誤差，并提供可供選擇的解決方案。

CFD 仿真有助于流場的可視化，并提供對速度梯度、壓力分布、流動模式等參數的詳細了解。這些參數的數值評估是分析渦輪機性能和確定設計優化機會以提高效率的關鍵。 使用 CFD 仿真計算渦輪機械流量系數 對于渦輪機械的 CFD 模擬，首先定義幾何形狀和邊界條件，并將流體流動域離散化為有限數量的元素。在這里，求解與流體運動相關的Navier-Stokes 方程。

假設流體只受到重力作用，則RMx=0，RMy=0，RMz=-ρg，u=ui+vj+wk；μ為流體動力黏度系數；λ為2/3μ。3.2 CFD離散及數值模擬如圖5為單級渦輪的三維流道模型及對應的網格模型。按設計給定流量34 L/s計算定子入口速度、轉子出口壓力，并作為CFD模擬的邊界條件。

CFD技術在水輪機領域廣泛應用使其地位變得越來越重要。其中主要原因是：在模型轉輪制造之前就可以采用CFD對水力設計進行優化，這樣可以大大減少模型試驗的時間和費用。其次，采用CFD可以對最終設計的轉輪葉片型線進行優化，這在傳統的模型試驗方法中是幾乎不可能的。

試驗是獲得油冷器壓降和傳熱性能最直接的方法[1]，但是在產品的設計開發及迭代優化階段，往往需要進行大量的方案驗證，大量的試驗過程會造成開發成本高、開發周期長。隨著計算流體動力學（ComputationalFluidDynamics,CFD）的發展，數值模擬技術已成為研究和開發汽車零部件的一種重要手段[2-5]。

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。

隨著 Fidelity CFD 的推出，Cadence 向外界展現了向流體仿真、有限元計算（FEM）等更廣泛系統設計領域拓展布局的意愿和能力。

因此如何對高熱密度的電動馬達進行熱管理設計成為一個重要課題。馬達在內部結構復雜且復雜機構運動形式下，高速運轉時，內部熱流場極難以實驗進行量測，但是計算流體力學CFD能夠克服此問題，提供內部精細的物理現象數據供設計參考，因此也成為馬達熱管理分析設計一項不可或缺的工具。然而高功率馬達的結構十分復雜，在進行數值模擬分析時往往會遭遇許多困難。

基于CFD的離心通風機結構優化方法與試驗對比 一、離心通風機數值計算模型及分析 1.1 　網格劃分及計算方法的確定 現以我院設計的A型離心通風機為研究對象，該風機由于其自身小流量、高壓力、低噪聲的特性，廣泛應用于特殊用途，受到客戶的一致好評。

間隔層雖能防止板片發生機械卡滯，但也會干擾流體流動，且顯著增加壓降 —— 這不僅會提高泵送功率需求，還會降低系統整體效率。為優化設計，團隊需重點考量間隔層的規格參數：較薄的間隔層可最大限度減少壓降，但機械強度不足，易產生碎屑堵塞流道；較厚的間隔層強度更高，卻會增加死體積，對傳熱性能造成負面影響。

關鍵詞：混流泵；CFD仿真；外特性；數值計算 混流泵是流體輸送中常用設備之一，廣泛應用于能源、供水、石化、船舶等多個領域。外特性是混流泵至關重要的計算參數之一[1]，準確計算混流泵外特性對提高泵組設計合理性以及機組運行穩定性至關重要，因此找到一種混流泵外特性準確計算方法具有重要的意義。

計算流體動力學（CFD）可以以扭矩、軸向推力、壓降和域內任何點的流速的形式量化性能，以確定可以優化效率的區域。 圖1：離心泵設計的CFD分析 有許多設計方面會影響泵的效率，例如泵殼體，葉輪蓋板、葉輪葉片數量或葉片角度等。以葉輪為例，可以改變其尺寸，例如增加直徑，但這會增加其質量，從而導致更大的能量損失。

作者相信，本文中提到的方法可以有效開發模型級，進行模型級三維流場數值模擬，評估三維流場特性，優化設計流體機械部件，最大限度地糾正研發中的偏差，縮短研發周期，提高研發模型級的成功率，降低模型級設計中開發成本。