伴随分析工作流

伴随分析包括两个主要步骤。首先，使用耦合流模型或者结合使用耦合流模型和耦合能量模型来模拟稳态问题。此模拟的结果称为“最初的求解”。最初的求解可以包括等温流体流、固体中含能量和传导的流体流或流体和固体之间的共轭热传递。在以下步骤中，可以从先前获得的最初求解开始设置并运行伴随分析。不同于逐步运行伴随模拟，Simcenter STAR-CCM+ 还提供了通过模拟操作设置用户自定义伴随工作流的方法。

伴随求解的稳定性在很大程度上取决于最初流体和能量场的保真度。此相依性意味着原始求解必须具有良好的收敛性。通常，在连续性残差中减少 5 个幅值就足够了。要增强最初求解的收敛，需在开始模拟之前创建一个高质量的网格。

建议使用 Simcenter STAR-CCM+ 的双精度版本进行模拟。

要设置伴随分析：

  1. 创建一个适当的高质量体网格。

    检查网格质量并根据需要加以改进。

    有关更多信息，请参见检查体网格

    使用网格优化器有助于提高多面体网格质量。要提高多面体网格的质量，需增加优化循环的次数和质量阈值。网格优化会导致网格化时间延长。

    有关更多信息，请参见体网格生成器控制和值

  2. 通过使用与伴随求解器兼容的模型和功能，可设置稳态流和/或热传递分析。
    1. 要为流体物理连续体设置耦合流体分析，选择以下物理模型：
      组合框模型
      空间二维或三维
      时间定常
      材料气体或液体
      流体耦合流体
      注作为耦合流模型的一部分，伴随还与 AUSM+ 矢通量分裂离散格式兼容。
      状态方程
      • 恒密度
      • 理想气体
      或
      粘滞态
      • 无粘性
      • 层流
      • 湍流
        • Spalart-Allmaras 湍流

          仅当对最初流体使用 Spalart-Allmaras 湍流模型时，才有可能使用可选模型伴随 Spalart-Allmaras 对伴随分析中的湍流伴随进行求解。

      可选模型

      （可选）被动标量

      如果要追踪被动标量（包括具有用户自定义源项的被动标量）的浓度，可以使用在稍后指派给伴随成本函数的报告中的被动标量。

      自适应网格 - 如果要局部细化网格并选择用户自定义细化准则，以在模拟运行时查询流体求解来控制求解置信度，则使用此模型。

      激活用户自定义网格自适应准则并指定适当的属性。

    2. 要为固体物理连续体设置与伴随兼容的耦合固体能量分析，选择以下物理模型：
      组合框模型
      空间二维或三维
      时间定常
      材料固体
      可选模型耦合固体能量
      状态方程恒密度
  3. 运行模拟，直到收敛为止。

    有关耦合流体和能量分析的一般注意事项，请参见使用耦合法对流体和能量建模。

    如有必要，可通过修改耦合流体求解器数值参数来增强模拟的收敛。请参见增强耦合流体求解器收敛行为。

  4. 如果在运行流体求解，选择伴随流体模型：
    1. 右键单击连续体 > 物理 1 > 模型节点，然后选取选择模型...
    2. 在物理模型选择对话框中，选择可选模型组合框内的伴随。

      系统将自动选择伴随流模型。

    3. 从伴随湍流组合框中，选择与最初流体的湍流模型（如果已选择）对应的选项。选项如下：
      粘滞态雷诺平均湍流伴随湍流
      无粘性-不适用
      层流-不适用
      湍流K-Epsilon 湍流伴随冻结湍流
      湍流K-Omega 湍流伴随冻结湍流
      湍流雷诺应力湍流伴随冻结湍流
      湍流Spalart-Allmaras 湍流
      • 伴随冻结湍流
      • 伴随 Spalart-Allmaras
    4. 在指定伴随湍流模型后，选择与模拟目的有关的额外模型：
      可选伴随模型应用
      伴随网格变形计算场函数 Adjoint of [cost function] w.r.t Position([成本函数] 相对位置的伴随)。

      使用基于控制点上的网格灵敏度的变形场运行形状优化时，选择此模型。

      此模型需要可选模型组合框中的网格变形。

      另请参见： 计算网格灵敏度

      表面灵敏度计算场函数 Surface Sensitivity of [cost function] w.r.t Position([成本函数] 相对位置的表面灵敏度)。

      使用基于边界上的表面灵敏度的变形场运行形状优化时，选择此模型。

      如果在不执行形状优化的情况下运行表面灵敏度分析。此模型不需要任何额外的模型。如果执行形状优化，则需要可选模型组合框中的网格变形。

      另请参见： Computing the Surface Sensitivity

      拓扑优化运行基于伴随的拓扑优化时，选择此模型。

      此模型会自动激活拓扑物理模型。它不需要任何可选模型。

      另请参见： 伴随拓扑优化

      伴随被动标量

      如果要执行与使用被动标量跟踪的量的平流相关的优化，选择此模型。例如，确定考虑标量喷射进的管道的形状的出口处被动标量浓度的灵敏度时。

    5. 单击关闭。


    6. 为伴随流模型，设置离散化方案：
      伴随离散化用于伴随流模型的离散格式。
      二阶这是默认设置。使用二阶离散格式可获得伴随求解的最高精度。
      一阶如果伴随求解器使用默认二阶设置不收敛，则使用一阶离散格式。此设置会导致伴随求解器的精度降低，但更稳健。
    7. 如果激活了伴随被动标量模型，则选择模型节点，然后按如下所示设置其属性：
      1. 将被动标量设为要计算伴随的被动标量。
      2. 设置二阶梯度对流，以匹配原始流中被动标量模型所使用的设置。如果伴随发生收敛问题，可以尝试降低伴随求解中的模型精度，例如停用二阶梯度。
  5. 如果在固体中运行热传导分析，则选择伴随固体能量模型：
    1. 对于固体物理连续体，选择连续体 > [固体连续体]，再选择可选模型组合框内的伴随。

      如果启用了耦合固体能量，则会自动选择伴随固体能量。系统将自动选择网格变形模型。



  6. 要创建一个或多个伴随成本函数，请参考创建伴随成本函数。
  7. 要定义伴随求解器停止准则，请参见定义伴随停止标准。
  8. 设置并运行伴随求解器。请参考运行伴随求解器。
  9. 要计算表面灵敏度，从可选模型组合框中选择表面灵敏度模型。通过表面灵敏度，可以快速评估几何的哪些区域对于相关成本函数最重要。有关更多详细信息，请参考Computing the Surface Sensitivity。
  10. 要计算边界条件参数对相关成本函数的影响，请参考计算伴随参数灵敏度。
  11. 要高亮显示数值误差对成本函数精度有影响的位置，请参考计算伴随误差估计。
  12. 要使用伴随场函数可视化结果，请参考可视化伴随求解和可视化网格灵敏度。
  13. 要设置形状优化，请参考伴随形状优化工作流。
  14. 要设置拓扑优化，请参考伴随拓扑优化的常规工作流。

有关使用伴随的完整工作流，请参考以下教程：