第二步是根據(jù)參數(shù)敏感性分析得到的設(shè)計(jì)參數(shù)空間和響應(yīng)面函數(shù)（MOP）進(jìn)行優(yōu)化分析。通過(guò)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。來(lái)源：安世亞太

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)。來(lái)源：安世亞太

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。來(lái)源：安世亞太

通過(guò)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。來(lái)源：安世亞太

 總結(jié)

      本文通過(guò)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(guò)上面的案例說(shuō)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(guò)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。

    3D打印-增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造、加工工藝相比，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)免模具、免工裝、免加工，從而實(shí)現(xiàn)自由制造，有效解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造難題，使得多元化、個(gè)性化生產(chǎn)加工成為可能，這也大大減少了工藝的約束，為自由設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了更大的可能性，因此，增材制造技術(shù)帶來(lái)了產(chǎn)品全新設(shè)計(jì)的理念，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)師可以在原來(lái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行大規(guī)模甚至顛覆性的設(shè)計(jì)改進(jìn)，產(chǎn)品的開發(fā)成本與周期明顯縮短。

鄭倩倩

天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)博士，10年CAE行業(yè)研究與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，擅長(zhǎng)多相流、燃燒反應(yīng)、傳熱分析等多個(gè)領(lǐng)域的仿真分析，參與并完成國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)仿真咨詢項(xiàng)目。現(xiàn)為安世中德咨詢專家，主要從事流體仿真咨詢工作。

(責(zé)任編輯：admin)

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