喷嘴的几何变形设计

天洑软件

关于柴油机零部件设计优化，我们有另一个有趣的案例—喷嘴。该部件的基础功能是将燃油以最佳方式喷入燃烧室。这个复杂零部件的工业设计过程让人印象非常深刻。（By the way：一切都很小！）

最近我们提出了一种快速改变现有喷嘴几何形状的方法。首先需在CAESES中导入STL格式的几何文件。下图显示了我们用于局部变形的喷嘴模型：

典型喷嘴的几何形状

CAESES可以将自由变形（Free Form Deformation）应用到已有几何当中。我们需要做的就是：在喷嘴周围创建一个控制体，并定义一些扩展策略。通过这种方式，可以扩大喷嘴的尺寸，甚至可以完全改变其形状。虽然这个功能在工业设计中会存在一些局限性，但我们也一直在努力让它的设置变得更为灵活多变。以下是一个控制体设置的相关示意图，为了可视效果我们隐藏了外部的几何结构：

在接下来的步骤中，我们以扩展系数定义为设计变量，以便后续可实现自动优化研究。下图显示了变形控制及其几何变形效果：

一旦完成喷嘴的设置，我们便可以将这些应用到其他喷嘴模型上，即其他方案也可以实现同样的变化。我们已将整个流程都交付给了负责几何变形的工程师。作为这个领域的专家，他会根据自己的技术要求和限制，继续做一些微调。最后，他会运行优化计算，整个过程是完全自动化的（几何变化/耦合/CFD分析）。为了使说明更加充分，以下提供一组动画，展示了模型的自动变形情况：

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