基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，该CFD数值模拟优化设计平台包括结构参数化、CFD数值模拟分析和优化设计目标三个部分。其中结构参数化是该平台的运行基础，利用参数化模型能快速实现几何参数修改；CFD数值模拟分析是优化设计的前提，应用MATLAB主程序调用ANSYS软件进行CFD数值模拟，将输出结果导入优化设计模块分析；MATLAB主程序调用MATLAB软件的优化算法模块对数值模拟计算结果进行优化筛选。本发明专利技术利用MATLAB的优化算法模块和ANSYS的数值模拟能力，巧妙的利用脚本文件，实现优化设计的自动化运行，为复杂系统自动化优化设计提供实现途径。

【技术实现步骤摘要】
基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法
本专利技术涉及参数化设计
，特别涉及一种基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法。
技术介绍
参数化设计是指从功能分析到创建参数化模型的整个过程。其中参数化建模是参数化设计的重要过程，是一种重要的计算机辅助设计方法。参数化设计利用系统所提供的基本特征来进行建模操作，可以通过修改几何参数快速修改几何模型.数值模拟也叫计算机模拟，是通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。计算机模拟最初被作为其他的方面研究的补充，但当人们发现它的重要性之后，它便作为一门单独的课题应用范围相当广泛。计算机模拟运行时间从运行数分钟到数小时到数天不等，并且通过计算机模拟求解的事件范围越来越广泛。在数值模拟中，优化往往是指通过算法得到要求问题的更优解，而这就意味着在CFD数值模拟优化过程中需要计算多个模型且需要重复计算多次，才能根据优化方向得到比较好的优化结果。但是每计算一个解时都需要绘制三维模型，如果手动绘制三维模型那么工作量将会极其庞大且工作效率极其低下。
技术实现思路
为解决上述CFD数值模拟优化过程中需要计算多个模型效率低的技术问题，本专利技术公开了一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，包括以下步骤：S101.结构参数化：通过三维制图软件UG进行参数化建模，将几何参数保存为.exp文件，通过MATLAB读取修改.exp文件，并调用UG批处理文件，以实现模型结构的参数化修改；S103.CFD数值模拟分析：通过MATLAB调用ICEMCFD软件，调用录制网格划分的脚本文件并自动划分模型网格，执行完毕后再通过MATLAB调用FLUENT软件，调用录制的脚本文件并读取网格文件进行CFD数值模拟，同时设置检测点便于获得后处理数据，将检测点结果写入result.txt文本文件作为结果输出保存，再通过MATLAB读取result.txt文件作为优化目标结果；S105.优化设计目标：在MATLAB主程序运行过程中，调用MATLAB的优化算法程序模块来进行优化求解，求解过程中每当优化算法程序迭代完毕后，MATLAB主程序都需要将求解结果写入.exp文件，UG模块再根据优化结果修改几何参数。进一步地，所述步骤S101中调用UG批处理文件，以实现模型结构的参数化修改具体为，在MATLAB主程序运行过程中根据提前录制的UG宏文件，不断的调用UG模块修改参数化模型的几何参数。进一步地，所述步骤S101中，在MATLAB主程序运行过程中根据提前录制的UG宏文件，不断的调用UG模块修改几何参数：①调用UG软件修改几何参数的批处理命令如下：！”E:\ProgramFiles(x86)\UGNX10.0software\UGII\ugraf.exe”-batch-key:”HONG.macro”其中-batch是指定以batch模式运行UG；HONG.macro是宏文件②UG模块需要根据优化结果不断的在list.exp文件中修改几何参数，修改几何参数程序如下：进一步地，所述步骤S103中MATLAB的主程序运行中，需根据脚本文件调用ICEMCFD网格划分模块和FLUENT的数值求解模块，实现自动化数值求解：S201.在MATLAB主程序运行过程中，需要根据参数化模型和脚本文件来调用ICEMCFD网格划分模块，实现自动化网格划分：①录制脚本文件是属于对ICEMCFD的二次开发，其中脚本录制时需要设置好脚本录制菜单，录制完毕后保存后.rpl脚本文件；②在MATLAB主程序调用ICEMCFD模块时，网格划分采用批处理流程，采用dos函数调用start.bat文件来查看批处理流程：dos('start.bat')；S202.在MATLAB主程序运行过程中，需要根据脚本文件来读取网格文件，并自动设置CFD数学求解模型和边界条件等参数，实现自动化数值求解：①录制FLUENT脚本时，需要将录制文件保存为.journal文件，同时在录制时需要设置检测点便于获得后处理数据，数值求解采用批处理流程并通过dos函数调用批处理流程文件；②在MATLAB主程序调用FLUENT进行数值求解时，避免Fluent触发后直接进入下一个程序模块，因此需要设置一个等待时间让Fluent计算完毕后再执行下一个程序，等待程序如下：whileexist('fluent.dat')＝＝0pause(10)end。进一步地，步骤105中所述优化求解具体采用粒子群优化算法作为案例进行优化求解，在MATLAB中编程实现粒子群算法的函数为PSO函数，其调用格式如下：[xm,fv]＝PSO(fitness,N,c1,c2,w,M,D)其中，fitness为待优化目标函数，N是粒子数目，c1、c2分别是学习因子1、学习因子2，w是惯性权重，M是最大迭代数，D是自变量个数，xm是目标函数取最小值时的自变量，fv是目标函数的最小值。采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：通过编程调用MATLAB强大的优化工具，与ANSYS相结合实现数值模拟优化问题。对于目标优化，ANSYS自身携带的优化模块与MATLAB的优化函数库相比就显得薄弱不少，但是MATLAB自身的数值模拟能力又是比较优秀的，因此在基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法中可以将二者优势相结合起来，通过MATLAB主程序调用脚本文件实现优化设计的自动化运行，从而为复杂系统的自动化优化设计提供了一种实现途径，使得数值模拟优化设计可以自动化计算。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为基于ANSYS与MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计平台操作流程图；图2为初始二维翼型结构图；图3为二维翼型网格划分；图4为初始二维翼型与优化结果结构对比：初始翼型为NACA4412；图5为初始二维翼型的表面压力分布；图6为优化后二维翼型的表面压力分布；图5与图6中数值标注的线为等压线，其单位为Pa。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS101.结构参数化：通过三维制图软件UG进行参数化建模，将几何参数保存为.exp文件，通过MATLAB读取修改.exp文件，并调用UG批处理文件，以实现模型结构的参数化修改；/nS103.CFD数值模拟分析：通过MATLAB调用ICEM CFD软件，调用录制网格划分的脚本文件并自动划分模型网格，执行完毕后再通过MATLAB调用FLUENT软件，调用录制的脚本文件并读取网格文件进行CFD数值模拟，同时设置检测点便于获得后处理数据，将检测点结果写入result.txt文本文件作为结果输出保存，再通过MATLAB读取result.txt文件作为优化目标结果；/nS105.优化设计目标：在MATLAB主程序运行过程中，调用MATLAB的优化算法程序模块来进行优化求解，求解过程中每当优化算法程序迭代完毕后，MATLAB主程序都需要将求解结果写入.exp文件，UG模块再根据优化结果修改几何参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101.结构参数化：通过三维制图软件UG进行参数化建模，将几何参数保存为.exp文件，通过MATLAB读取修改.exp文件，并调用UG批处理文件，以实现模型结构的参数化修改；
S103.CFD数值模拟分析：通过MATLAB调用ICEMCFD软件，调用录制网格划分的脚本文件并自动划分模型网格，执行完毕后再通过MATLAB调用FLUENT软件，调用录制的脚本文件并读取网格文件进行CFD数值模拟，同时设置检测点便于获得后处理数据，将检测点结果写入result.txt文本文件作为结果输出保存，再通过MATLAB读取result.txt文件作为优化目标结果；
S105.优化设计目标：在MATLAB主程序运行过程中，调用MATLAB的优化算法程序模块来进行优化求解，求解过程中每当优化算法程序迭代完毕后，MATLAB主程序都需要将求解结果写入.exp文件，UG模块再根据优化结果修改几何参数。


2.根据权利要求1所述的基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，其特征在于，所述步骤S101中调用UG批处理文件，以实现模型结构的参数化修改具体为，在MATLAB主程序运行过程中根据提前录制的UG宏文件，不断的调用UG模块修改参数化模型的几何参数。


3.根据权利要求2所述的基于ANSYS和MATLAB数据接口的CFD数值模拟优化设计方法，其特征在于，所述步骤S101中，在MATLAB主程序运行过程中根据提前录制的UG宏文件，不断的调用UG模块修改几何参数：
①调用UG软件修改几何参数的批处理命令如下：
！”E:\ProgramFiles(x86)\UGNX10.0software\UGII\ugraf.exe”-batch-key:”HONG.macro”
其中-batch是指定以batch模式运行UG；HONG.macro是宏文件
②UG模块需要根据优化结果不断的在list.exp文件中修改几何参数，修改几何参数程序如下：
da＝['[mm]p5＝'num2str(radius)]；％几何参数写入
replaceline＝6；
fid＝fopen('li...

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙滟，罗伟，徐健，袁建平，周运凯，陈阳，陆荣，
申请(专利权)人：江苏大学镇江流体工程装备技术研究院，江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32