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进气道自动优化技术的初探 王晓艳 刘丽华 季炳伟 潍柴动力股份有限公司 杭州研发中心 摘 要：利用专业优化软件 Isight ，以进气道的流量系数和涡流比为优化目标，结合网格自动变形软件 Sculptor 和 CFD 软件， 最终获得相对最优的进气道结构。 关键字： 流量系数 涡流比 优化 1 概 述 传统采用手工方法对进气道修模，耗时、盲目性大、成本高且工作是不可逆的；当前一般是在 CAD 中修模， 然后进行三维网格划分，最后利用 CFD 进行数值分析，采用这种方法可以实现优化的目的，但时间一部分消耗在 修模上，一部分消耗在网格划分上，而产品研发要求周期越短越好，因此非常有必要采用先进的 CFD 技术来实现 进气道的自动优化。 采用进气道的自动优化技术，只需对面网格进行调整，设定好表征进气道特性的流量系数和涡流比的目标值， 即可获得最优的进气道结构，这种方法既方便快捷，又是可逆的，成本也低，而且还可以获得各部位的敏感度， 非常有利于更进一步的优化。 本文以某型柴油机进气道为例，以某一升程为研究对象，探索自动优化技术的可行性。 2 问题描述 本次纳入优化问题的是螺旋涡壳的形状参数，主要由专业网格自动变形软件控制，具体优化参数如图 1 所示， 变形前后效果图如图 2-3 所示。优化目标为流量系数和涡流比，具体数值分别为 0.7 和 1。 图 1 螺旋进气道结构优化参数图 图 2 参数 改变前后效果图 1 图 3 参数 改变前后效果图 2 3 网格传递方式 首先利用 FIRE 划取初时的三维实体网格，然后利用其与 STAR-CD 的接口，导出网格文件，将文件导入到 STAR-CD 中，生成对应的边界文件，最后导入到网格自动变形软件中实施变形，并输出新的网格文件。 4 优化流程 4.1 模型的搭建 利用专业优化软件搭建优化工作流程，具体如图 4 所示。 图 4 工作流程图 4.2 各软件的集成 首先，利用优化软件解析网格变形软件的设计变量，通过 command 命令调用网格变形软件，并输出变形后的 网格给 CFD 进行前处理，即体网格的划分；这个过程也是利用 command 命令来实现的，然后对 FIRE 初次计算的 结果文件进行解析，最后在优化模块中设定优化参数的变化范围以及优化目标。 5 结果比较 图 5 中列出了优化前后的具体变化。从图中可以看出：设计变量的变动对流量系数影响不是很明显，对涡流 比有一定的影响。由于变量设定的变化范围不是很大，因此改进前后没有体现出太大的差异。 图 5 结果对比图 6 结论 （1 ）本次计算仅仅是一个比较初步的尝试结果，利用专业优化软件 Isight 结合 CFD 软件能够对进气道进行 自动化优化； （ 2 ）由于设计变量仅设定了两个，并且变化范围较小，以及计算的方案个数也较少，导致最终的优化结果不 是很明显。 （ 3 ）在后续工作中，可改进变形部位、拓宽变形范围，多方案迭代来达到最佳优化的目的。