ANSYS Fluent的adjoint solver用于计算流体系统中仿真结果对于用户输入参数的敏感性分析，这些参数包括流体计算模型、边界条件及初始条件、控制参数以及模型几何形状的敏感性。Fluent中的adjoint Solver是一个强大的组件，可以使用来自一个或多个adjoint解决方案的敏感信息来指导系统的改进，从而可以在系统性能上进行可预测的改进。
本案例是一个圆柱体，上面和下面是对称平面。流动为层流稳态流动，流体为不可压缩流体，雷诺数为40。以下教程忽略整个计算过程中前面的稳态计算部分，仅重点介绍后面敏感性分析部分。
1、启动FLUENT并导入网格
（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 18.2→Fluid Dynamics→FLUENT 18.2命令，启动FLUENT 18.2。
（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择2D，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。
（3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Case & Data按钮，弹出Select File（导入Case）对话框，选择文件名为cylinder_tutorial.cas的模型文件和cylinder_tutorial.cdat的计算结果，单击OK按钮。
（4）导入Case后，在图形显示区将显示几何模型。
（5）在Graphics下双击Contous弹出Contous（等值线）对话框。
Contous of选择Velocity和Velocity Magnitude，在Surface中选择fluid：001，单击Display按钮，显示云图。
2、调入Adjoint Solver
（1）在文本信息区，依次输入以下指令
> define
/define> models
/define/models> addon-module
Fluent Addon Modules:
0. None
1. MHD Model
2. Fiber Model
3. Fuel Cell and Electrolysis Model
4. SOFC Model with Unresolved Electrolyte
5. Population Balance Model
6. Adjoint Solver
7. Single-Potential Battery Model
8. Dual-Potential MSMD Battery Model
9. PEM Fuel Cell Model
10. Macroscopic Particle Model
Enter Module Number: [0] 6
（2）输入6，选择导入Adjoint Solver。
3、设置观察值
（1）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Observables按钮，弹出Adjoint Observables（观察值）面板。单击Manage按钮，弹出Manage Adjoint Observables（管理观察值）面板。
（2）单击Create按钮，弹出Create New Observable（创建新观察值）面板。选择Observables types选项，在选择列表中选择force，在Name中填入force-drag，单击OK按钮关闭对话框。
（3）返回Adjoint Observables（观察值）面板后，在Observables中选择force-drag，在Wall Zones中选择wall，在X-Component和Y-Component中分别填入1和0，单击Apply按钮，设置完观察值force-drag。
（4）重复上面步骤（2）和（3）设置名称为force-lift的观察值，在X-Component和Y-Component中分别对应填入0和1，单击OK按钮确认。
4、计算拖曳力敏感性
（1）在Manage Adjoint Observables（管理观察值）面板中，Observable Names选择force-drag，对应在Sensitivity Orientation中选择Minimize，单击Evaluate按钮，在文本信息区显示如下信息：
Observable name:force-drag
Observable Value (n): 1271.7444
（2）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Solver Controls按钮，弹出Adjoint Solution Controls（伴随求解控制）面板。取消选择Solution-Based Controls Initialization和Auto-Adjust Controls，选择Show Advancement Controls并且取消选择Apply Preconditioning，单击OK按钮确认。
（3）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Monitors按钮，弹出Adjoint Residual Monitors（伴随残差监视）面板，确保勾选中Print to Console和Plot，其他保持默认值，单击OK按钮确认。
（4）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Calculate按钮，弹出Adjoint Run Calculation（伴随开始计算）面板，单击Initialize按钮进行初始化，设置Number of Iterations为200，单击Calculate按钮开始计算。
（5）计算完后在Adjoint Run Calculation（伴随开始计算）面板点击Close按钮关闭窗口。
5、拖曳力敏感度后处理
（1）边界条件敏感度分析
单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Reporting按钮，弹出Adjoint Reporting（伴随报告）面板，在Boundary choice中选择inlet，点击Report按钮，在文本信息区显示如下信息：
Boundary condition sensitivity report: inlet
Observable: force-drag
Velocity Magnitude (m/s): 40 Sensitivity ((n)/(m/s)): 54.553593
Decrease Velocity Magnitude to decrease force-drag
单击Close按钮，关闭Adjoint Reporting对话框。
（2）动量源敏感度分析
单击主菜单中Postprocessing→Graphics→Contours→Edit按钮，弹出Contours（云图）对话框。选择Sensitivities和Sensitivity to Body Force X-Component (Cell Values)，单击Display按钮显示云图。
（3）形状敏感度分析
单击主菜单中Postprocessing→Graphics→Vectors→Edit按钮，弹出Vectors（矢量图）对话框。在Vectors of中选择Sensitivity to Shape，在Color by中选择Sensitivities和Sensitivity to Mass Sources (Cell Values) ，在Surfaces中选择wall，单击Display按钮显示矢量图。
（4）导出拖曳力敏感度数据
单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Design Tool按钮，弹出Design Tool（设计工具）面板。
在Region选项卡中， 单击Get Bounds按钮，弹出Bounding Box Definition对话框，选择wall，单击OK按钮确定。
6、计算升力敏感性
（1）在Manage Adjoint Observables（管理观察值）面板中，Observable Names选择force-lift，对应在Sensitivity Orientation中选择Maximize。
（2）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Calculate按钮，弹出Adjoint Run Calculation（伴随开始计算）面板，单击Initialize按钮进行初始化，单击Calculate按钮开始计算。
（3）计算完后在Adjoint Run Calculation（伴随开始计算）面板点击Close按钮关闭窗口。
7、形状敏感度分析
（1）单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Design Tool按钮，弹出Design Tool（设计工具）面板。在Objectives选项卡中，单击Manage Data按钮，弹出Manage Sensitivity Data对话框，单击Import Sensitivities按钮，选择输入force-drag.s数据。
（2）在Objectives选项卡中，在observable中选择force-lift，在Objective中选择Target Change In Value，在Target/Reference Change中输入100，单击Apply按钮。
在observable中选择force_drag.s，在Objective中选择Increase Value，在Target/Reference Change中输入-10并勾选As Percentage选项，单击Apply按钮。
（3）在Region Conditions选项卡中，在X Motion和Y Motion中分别填入30，单击Apply按钮。
（4）在Design Change选项卡，在Zones To Be Modified中选择wall，单击Calculate Design Change按钮，结果列表更新，以反映每个观察到的预期变化。
（5）单击Modify Mesh按钮，通过计算将网格进行重新优化，在文本信息区显示如下信息：
Updating mesh (steady, mesh iteration = 00001, pseudo time step 1.0000e+00)...
Dynamic Mesh Statistics:
Minimum Volume = 3.48941e-04
Maximum Volume = 6.36270e-01
Maximum Cell Skew = 3.71487e-01 (cell zone 11)
Minimum Orthogonal Quality = 6.28513e-01 (cell zone 11)
done.
（6）单击主菜单中Postprocessing→Graphics→Mesh按钮，显示变形后的网格。
（6）单击主菜单中Solving→Run Calculation→Calculate按钮，进行重新计算。计算收敛后，单击主菜单中Design→Adjoint-Based→Observable对拖曳力和升力进行重新评估，显示如下信息：
Observable name: force-drag
Observable Value (n): 1150.451
Observable name: force-lift
Observable Value (n): 96.650177
可以看到，通过模型的几何优化，拖曳力降低而升力大大提高。
本篇文章来源于微信公众号: 南流坊
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