使用Ansys Fluent的Adjoint Solver工具进行拖动力敏感度分析
Adjoint Solver是Ansys Fluent的优化设计工具,可以对流体系统的敏感度性能进行分析计算,从而为优化设计提供依据。Adjoint Solver工具位于Fluent的Design工具栏中。

本文以圆柱绕流流场的稳态数值模拟为例,介绍在Ansys Fluent中通过Adjoint Solver工具进行拖动力敏感度分析的方法。所使用实例可参考文章《Ansys Fluent圆柱绕流流场的稳态数值模拟(Workbench前处理)》。
1、设置观察值
在Design工具栏的Gradient Based中点击Observables按钮打开Adjoint Observables(观察值)对话框。单击Manage按钮打开Manage Adjoint Observables(管理观察值)对话框。在Create中选择Observables types - force,在Name中输入force-drag,单击Apply应用。

在Wall Zones中选择cylinder圆柱体,在X-Component和Y-Component中分别输入1和0,单击Apply按钮,拖动力观察值force-drag设置完成。

2、计算拖动力敏感度
在Adjoint Observables(观察值)对话框中选择force-drag,单击Evaluate按钮进行计算,计算完成后在文本信息区会显示计算结果。
Observable name: force-drag
Observable Value [N]: 1274.4049
单击Design中Gradient-Based下的Solver Controls按钮,打开Adjoint Solution Controls(伴随求解控制)对话框。取消选择Solution-Based Controls Initialization和Auto-Adjust Controls,选择Show Advancement Controls,各设置数值采用默认值,为查看迭代过程,可选择Show iterations,单击OK按钮确认。

单击Monitors按钮打开AdjointResidual Monitors(伴随残差监视)对话框,确保勾选Print to Console和Plot,其他保持默认值,单击OK按钮确认。

单击Calculate按钮,打开Run AdjointCalculation(开始伴随计算)对话框,单击Initialize按钮进行初始化,设置Number of Iterations为200,单击Calculate按钮开始计算。

3、拖动力敏感度后处理
3.1 边界条件敏感度分析
单击Reporting按钮,打开Adjoint Reporting(伴随报告)对话框,在Boundary Choice中选择inlet,单击Report按钮。

在文本信息区显示如下信息:
Boundary condition sensitivity report: inlet
Observable: force-drag
Velocity Magnitude [m/s]: 40
Sensitivity ([N]/[m/s]): 56.074703
Increase Velocity Magnitude to increase force-drag
3.2 动量源敏感度分析
在Results工具栏的Graphics中单击Contours选择New打开Contours(云图)对话框。在Contours of中选择Sensitivities和Sensitivity to Body Force X-Component(Cell Values),单击Save/Display按钮显示云图。

动量源敏感度分析云图如下所示。

3.3 形状敏感度分析
在Results中点击Vectors - New按钮,打开Vectors(矢量图)对话框。在Vectors of中选择Sensitivity to Shape,在Color by中选择Sensitivities和Sensitivity to Mass Sources(Cell Values),在Surfaces中选择cylinder,单击Display按钮显示矢量图。
