STAR-CCM+：结合ISIGHT优化的管路流量分配案例

在工业应用中，设计并联式管路系统时，通常需要优化支路结构从而使各支路按目标流量供给。本案例结合多目标优姝耒匝揎化软件ISIGHT在STAR-CCM+中进行流场仿真，实现系统的流量分配。模型描述：管路系统为单进单出，包括三条不同类型的支路，假设系统总流量为15 L/min，三条支路目标流量都为5 L/min，确定总管路和支路连接段的管路半径，半径范围限定在[1, 6] mm内。

工具/原料

CATIA V5R20

STAR-CCM+ 12.02.010

ISIGHT 5.9-4 Design Gateway

CATIA建模

1、打开CATIA软件，在零件设计模块下创建管路系统模型，另存为Pipe.stp。

4、编辑Design Parameters > R1，单位改为mm，参数值预设为5。修改后，特征树上出现感叹号，右键3D-CAD Model1，选择Update更新。

5、右键Sketch，选择Extrude，Method选择Up To Face，Target Face选择管路端诹鬃蛭镲面，Body Interaction选择Imprint，点击OK，生成新的Part，重命名为R1。

6、右键R1 > Duplicate，点击OK，生成R1 2，再右键R1 2 > Trans熠硒勘唏form > Mirror，Normal向量设为[0, 1, 0]，将R1 2镜像至另一侧管路和支路的连接处。

7、重复步骤3-6，分别创建支路2和支路3的连接段管路，半径参数和新生成的零件分别命名为R2和R3。点击Close3D-CAD。

模型设置

1、右键Geometry >3D-CAD Models > 3D颍骈城茇-CAD Model 1 > Bodies，同时选中所有R零件，右键New Geometry Part，默认设就女蒿鸳置，点击OK。右键Geometry >3D-CAD Models >3D-CAD Model 2 > Bodies，同时选中所有零件，右键New Geometry Part，默认设置，点击OK。模型从3D-CAD Model导入到Parts。创建Geometry Scene显示模型。

2、分别合并主路和支路，重命名为pipe和plate。

网格定义

1、点击Operations > New > Mesh > Automated Mesh，重命名为pipe-pl锾攒揉敫ate，Parts选择pipe和plate，Enabled Meshers选择Surface Remesher和Polyhedral Mesher。本案例为减少网格数量提高计算效率，不划分Prism Layer Mesher，实际应用时，读者可根据具体情况决定是否勾选Prism网格。

2、Base Size设为10 mm，Target Surface Size > Percentage of Base设为80，Mi荏鱿胫协nimum Surface Size > Percentage of Base设为10。

后处理显示

1、右键Reports选择New Report>Mass Flow，重命名为R1。同理，创建R2和R3。

2、同时选中三个Report，陴查哉厥右键选择Create Monitor and Plot from Report，选择Single Plot。重命名新生成的plot为Mass 僻棍募暖Flow，将Plot的Title同样改为Mass Flow。

3、右键Operations > Imprint > Execute，更新特征树上的感叹号。

4、同时选中所有R零件，右键Assign Parts to Regions，创建新的Region，命名为R，选择Create a Boundary for Each Part Surface。

8、初始化，提交计算，迭代5步后计算结束。

9、右键Plots > Mass Flow > Export，保存为mf.csv。停止宏录制。

10、用notepad+打开mf.java文件，可以找到R参数修改行，Maximum Step定义行，mf.csv保存定义行。

11、打开mf.java，修改MaximumNumberSteps为200，保存。打开mf.csv，将迭代步调整为200，流量值任意复制即可，保存。

创建BAT

1、新建txt文本，输入@echo o酆璁冻嘌ffcall starccm+ -locale en -load -np 2 %~dp0\FlowMatch.sim -batch mf.javaexit保存文件，将后缀改为.bat。

ISIGHT设置

1、打开ISIGHT程序。在Process 觊皱筠桡Components选项卡下将Optimization拖拽至流程树Task处，在Applicat足毂忍珩ion Components选项卡下将Simcode拖拽至流程树横线处。

2、设置模型属性，Model Name设为flowmatch，定义工作路径至前述四个文件所在文件夹，不勾选Create sub-directories。

3、双击Simcode进入设置界面，点击Command > Basic，点击Find Program选择opt.bat，勾选Distribute Executable。

5、点击Command > Input，导入mf.java文件。在文本区域右键编辑Edit Section，在Word Separators > Other里输入小括号。

7、点击Command > Output，导入mf.csv文件。依次将csv文件最后一行的三个流量值定义为输出变量，分别命名为mf1、mf2、mf3。完成后点击Apply，OK。

11、Variables选项卡，全选R1、R2、R3三个参数作为优化变量。

14、保存模型为flowmatch.zmf，提交计算，此时ISIGHT开始自动调用sim文件进行优化计算。

结果

1、寻优计算结束。

3、Summary结论。优化结果显示，当R1、R2、R3都为3.2 mm时，浯裁佻辞流量分配最优，其中，支路1流量为-0.08373 kg/s（5.04 L/min），支路2流匪犬挚驰量为-0.08261 kg/s（4.97 L/min），支路3流量为-0.08308 kg/s（4.99 L/min）。