workbench拓扑优化教程_优化技术在水泵水力设计的应用(上篇)

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CFD技术在泵的内流数值模拟、研究泵内部流动规律和结构方面已广泛应用,取得了很多成果。

但是初步设计的产品如果通过CFD仿真得到的性能曲线不能满足使用要求,往往需要不断地修改流道形状、进出口角度、几何参数等,再通过仿真计算获得结果。每改变一个参数都要重新在CFD中计算,如此往复,直到产品的性能能够满足设计要求,这样设计者会花费很大的精力在上面。

基于叶轮机械设计-仿真-优化的一体化思路,在ANSYS Workbench平台上可实现叶轮机械参数化设计、数值分析和优化设计的所有功能,其中一款专业分析软件——OptiSLang是一款多学科优化、随机分析、稳健与可靠性优化设计软件,在真正意义上地进行叶轮机械的快速优化,帮助工程师更高效便捷地进行产品研发设计。

OptiSLang——技术特色与应用

OptiSLang 是进行参数敏感性分析、多学科优化、稳健性、可靠性分析与设计优化的算法工具包。

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1、OptiSLang的功能

- 参数敏感性分析

■ 确定影响产品性能或工程特性的最重要参数

- 设计优化

■ 多参数、多目标的优化

■ 确定性优化

■ 稳健性优化

■ 可靠性优化

■ 参数反演与反分析

- 稳健性分析

■ 产品性能的稳定性

- 可靠性分析

■ 产品的可靠度与失效概率分析

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2、OptiSLang集成方式

  • 过程集成
  • 参数化模型是优化设计的基础

用户定义的优化设计变量空间

随机生成的稳健性/可靠性分析空间

优化工具需要与求解器集成,求解器基于输入参数对响应进行求解

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  • 求解器集成方式-直接集成模式
  • OptiSLang被直接集成于ANSYS Workbench环境中
  • 但推荐优先采用OptiSLang环境中的Workbench集成节点,因为采用这种方式可以更加灵活地选用OptiSLang环境中提供的所有求解节点搭建所需要的分析流程

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通过以上对OptiSLang软件简单的介绍,大家对OptiSLang软件有了初步的了解,下面对基于OptiSLang软件的水泵水力设计及优化流程做个详细讲解。

ANSYS水泵水力设计流程

1、传统一维设计流程

传统的离心泵叶片设计是基于一元设计理论设计方法,通过给定外特性参数以及介质属性,利用相似换算或者速度系数的理论方法,确定叶轮的主要尺寸b2、D2、β2等参数,做几次的经验值修正,然后对叶片进行绘制,叶片绘型方法为方格网保角变换法。

方格网保角变换法的缺陷

该方法一元设计理论流动是轴对称的,即每个轴面上的流动均相同。在同一个过水断面上轴面速度均匀分布,这种方法的缺陷是:

  • 叶片前方来流速度计算不准确,造成冲角过大或者过小
  • 不能调整每个过流断面的角度
  • 无法计算叶轮前后盖板影响到叶轮流道内部相对流速
  • 无法计算流道间的速度分布
  • 无法确定哪种叶片设计方案是优的

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2、ANSYS水泵设计流程

在Workbench下,对于旋转机械设计有着一整套的流程:

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  • 一维设计

首先将流量、扬程、转速、进出口角度等参数,输入Workbench平台下Vista——CPD离心泵一维设计软件中,得到初始的叶片子午流道形状和叶片外径D2,出口宽度b2,效率等参数。

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  • 三维设计

BladeGen

在Vista cpd下面右键create new创建一个新的bladeGen文件,进入到三维设计的模块。

三维设计模块中具体操作要如何进行?

TurboGrid网格划分工具如何使用?

三维CFD分析的详细步骤是怎样的?

ANSYS水泵优化流程包括哪几步?

……

更多步骤分解和实操教程敬请关注下期内容《优化技术在水泵水力设计的应用(下篇)》

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