【CFD專欄】Altair AcuSolve 流體拓撲優化案例分享

 

Altair ® OptiStruct ®的拓撲優化技術已經廣泛用於航空航天，車輛等結構部件的減重項目。在2021.2版本中，通用計算流體力學模塊AcuSolve 新增了CFD的拓撲優化功能。

OptiStruct的結構拓撲優化

 

AcuSolve的流體拓撲優化

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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，逐步去除多餘的空間體積，找出最佳的流道形狀。目前此功能應用於管路內流的減阻分析。

 

在工程項目中，我們會經常會遇到各種管路的設計。究竟哪種方案，才能最大減少流動損失呢？

管路設計

 

方案一

方案二

 

 

不佳方案

 

拓撲優化方案

基於小流量工況的優化方案，在大流量下表現欠佳：

∆p: 0.00744

∆p: 0.00744

 

下面我們將展示幾種典型的CFD拓撲優化模型

 

 案例1 　流量分配的管路（1進4出）

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此模型總共2百31萬四面體網格，在1顆8線程CPU的筆記本上優化過程需要3小時。

 

 案例2 　管路流動方向在三維空間發生比較大的偏轉

 

 

 案例3 　T型管路

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CFD拓撲優化過程

 

人工經驗優化
拓撲優化

流速不均勻

 

 案例4 　V6發動機的進氣歧管

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原始固體部分

 

原始流體部分

 

陰影部分：原始管路
灰色部分：拓撲優化管路

 

原設計方案三維流線

 

拓撲優化方案三維流線

 

 

陰影部分：原始管路
灰色部分：拓撲優化後，再表面光滑處理

 

CFD 拓撲優化後的流道輸出為STL面網格格式，下一步再進行固體結構建模和分析。

 

 案例5 　冷卻管路

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流道有10 個180°拐彎，雷諾數=100

 

原始方案

 

拓撲優化方案

 

拓撲優化算法在彎頭部位改變了擋板的厚度，並自動增加了一個類似翼型的導流板，從而使得整體流動損失降低了7.5%。

 CFD拓撲優化的原理  ►

假如點積是負數: 增加固體材料

 

 

原始方案
拓撲優化方案

 

藍色區域需要增加固體材料

 

最終形狀

 

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