2.2 DOE分析
本次DOE分析中,四个设计变量leng_l(shapel)、leng_2(shape2)、Rl(shape3)和R2(shape4)的级别都为2水平,采用全因子设计方法,共进行16次试验设计,其计算结果如表1。对比试验编号1、2、3、5、9,它们对应1为原始模型、2为设计变量leng_l移动42mm,3为设计变量leng_2移动32mm,5为设计变量R1移动12mm,9为设计变量R2移动16mm,入口压力由低到高排序为2、3、5、9、1,管道流体质量由低到高排序为2、3、5、1、9。
表1 DOE四个设计变量的取值
2.3 灵敏度分析
通过灵敏度分析可以了解设计变量的变化对最优解的影响,找到主要设计参数与次要设计参数,以综合考虑其它相关因数来确定最优方案。
在优化过程中,不仅需要考虑设计变量对目标入口压力的敏感,其对约束管道流体质量的敏感程度同样决定了优化的效果,因此考虑四个变量带来的入口压力改变与管道流体质量改变的比值,通过对比图4和图5,发现四者斜率的比值不同,R2(shape4)最大,其次为R1(shape3),说明R2(shape4)参数的改变对入口压力和管道流体质量的影响最大,其次为R1(shape3)。
图4和图5显示了设计变量对目标响应和约束响应的单独影响,通过全局灵敏度分析获取模型各个设计变量灵敏度大小的排序,如图6所示。
2.4 Optimization分析
优化算法种类繁多,本次选用全局响应曲面法,经过57次迭代计算,得到优化解。四个变量leng_l(shapel)、leng_2(shape2)、Rl(shape3)和R2(shape4)的矢量扰动值分别为0.21、0.02、1和1,如表2所示。入口压力响应值为1712.92Pa,相比初始结果减少了511.84Pa。管道流体质量响应值也有所下降,说明管道体积减小。
表2 Optimization四个设计变量的优化值
3 结论
本文通过HyperStudy和Fluent软件联合仿真某排气管道系统内流场问题,以后处理结果入口压力为响应目标函数对本系统进行了D0E分析、灵敏度分析和形状优化分析。并求得四个变量的全局灵敏度大小的排序以及形状尺寸的最优解,快速帮助工程师找到最佳设计方案。