第二步是根據(jù)參數(shù)敏感性分析得到的設計參數(shù)空間和響應面函數(shù)（MOP）進行優(yōu)化分析。通過定義優(yōu)化目標、約束條件以及設定優(yōu)化算法，并基于第一步得到的高質量響應面函數(shù)（MOP），可以進行快速進行優(yōu)化設計，節(jié)省大量時間。快速優(yōu)化分析結果如圖6所示，由此獲得在特定目標和約束條件下的最優(yōu)設計點。

圖6 MOP優(yōu)化分析結果。來源：安世亞太

第三步是對第二步中獲得的最終優(yōu)化設計進行驗證性分析。基于快速優(yōu)化分析結果獲得最優(yōu)幾何結構參數(shù)組合，并在ANSYS DesignModeler中更新螺線管結構，如圖7所示，然后在ANSYS Fluent中進行驗證性分析，最終完成螺線管的優(yōu)化設計。

圖7 優(yōu)化后的螺線管結構。來源：安世亞太

空氣在優(yōu)化后螺線管內的流動情況，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，而吸沫口內外壓力差為32.641KPa。

圖8 空氣在優(yōu)化后螺線管內的速度和壓力分布情況。來源：安世亞太

通過對比螺線管優(yōu)化前后的空氣的流速和壓力分布發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后空氣進入螺線管的流量增加22%，而優(yōu)化后吸沫口內外壓力差增大了5倍，螺線管的吸沫效果得到了顯著提高。

 螺線管生產制造

采用增材制造技術生產得到的螺線管如圖9所示。

圖9 優(yōu)化后螺線管的制造成品。來源：安世亞太

 總結

      本文通過調用流體仿真軟件ANSYS Fluent和參數(shù)優(yōu)化軟件optiSLang，基于給定的約束條件和設計要求，對某規(guī)格螺線管結構進行了優(yōu)化設計，實現(xiàn)了滿足性能設計要求的螺線管結構。通過上面的案例說明，流體仿真優(yōu)化技術可以應用于產品的優(yōu)化設計過程，從而提升產品性能、縮短產品設計周期、降低增材制造的生產成本。

    3D打印-增材制造技術與傳統(tǒng)鑄造、加工工藝相比，可以在很大程度上實現(xiàn)免模具、免工裝、免加工，從而實現(xiàn)自由制造，有效解決復雜結構的制造難題，使得多元化、個性化生產加工成為可能，這也大大減少了工藝的約束，為自由設計、創(chuàng)新設計提供了更大的可能性，因此，增材制造技術帶來了產品全新設計的理念，使得產品設計過程大大簡化，設計師可以在原來設計的基礎上進行大規(guī)模甚至顛覆性的設計改進，產品的開發(fā)成本與周期明顯縮短。

鄭倩倩

天津大學化學工程專業(yè)博士，10年CAE行業(yè)研究與應用經驗，擅長多相流、燃燒反應、傳熱分析等多個領域的仿真分析，參與并完成國內外多項仿真咨詢項目。現(xiàn)為安世中德咨詢專家，主要從事流體仿真咨詢工作。

(責任編輯：admin)

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