基于workbench平台的歧管参数化设计

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1 前言

    参数化设计是正向设计中非常重要的一个方面，用方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸都有一定的模糊性，要经过最终样机验证才可以确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性，参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为可以任意调整的参数。对于变量参数赋予不同数值，就可以得到不同大小和形状的零件模型。利用workbench平台可以方便开展多场耦合、参数化设计。今天，我们做一个简单的参数化设计案例。

2 案例与建模描述

    研究如下的二维平面歧管，介质为空气，设计目标：通过改变右边的支管直径，使得两个支管的流量一致。

    在workbench平台创建fluent流体分析项目。

    采用DM模块创建模型（建模过程省略），尺寸如下，其中勾选右边支管宽度所在尺寸的复选框，出现蓝色P字母，此操作将该尺寸进行了参数化。

    在mesh模块里进行网格划分，对壁面划分边界层网格

    进入fluent模块，选择realizable k-e湍流模型，加强壁面函数进行近壁面处理；设置速度入口边界，速度10m/s。其余两个出口设置为压力出口，表压为0Pa。

    看一下速度分布和两个支管的流量，可以看到右边的支管流量显著大于左边支管。

    接下来，将右边支管出口流量创建成参数，并命名。

    退出fluent进入到workbench平台，注意保存修改项（如下）。

    此时workbench平台的计算项目出现了如下的参数设置界面。

    在此基础上，创建一个优化设计项目（Direct Optimization）。

    双击optimization进入编辑界面，首先对目标和约束进行设置，我们设置右边支管出口流量的目标参数（前文设定命名的outlet2_massflow），类型为寻找目标（seek target），目标值为-0.06125kg/s，亦即母管流量的一半，误差标准采用默认。

    接着对变量参数进行约束，根据经验，对于等径母管，要使两个支管流量一致，下游的支管通常要比上游的小，因此，这里约束右边支管的宽度范围6mm~10mm。

    点击update进行更新计算。

    计算结果如下，总共得出10个样本，并且软件选择了几个候选设计点，可以看到，最优设计点为支管宽度6.9762mm，此时对应的支管流量等于-0.06125kg/s，达到了设计要求。我们选择该样本点为设计点。

    回到workbench平台，进入参数设定模块，将刚刚插入的设计点复制到当前设计点，然后删除插入的设计点（因为两个点是重复的），更新计算。

    计算完毕，回到workbench平台fluent的结果（solution）单元，进入fluent求解器，看到此时的几何模型已更新。

    检查一下速度分布和流量分配情况，可以看到两个支管流量基本一致了。

    以上的参数化优化设计过程是很方便的，当然实际的模型和问题可能复杂得多，很多时候这个计算时间是很长的，这时候得拼电脑配置了。