(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111462918.4 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 中石化石油机 械股份有限公司研究 院 地址 430223 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区华工园一路5号江汉石油钻头股 份有限公司办公楼 申请人 中石化石油机 械股份有限公司 (72)发明人 张志广　董火平　宋满华　李红　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 代理人 徐贝贝 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于Ansys Workbench的旋流除砂器高效优 化设计方法 (57)摘要 本发明公开了基于An sys Workbench的旋流 除砂器高效优化设计方法， 能基于Ansys   Workbench工作平台， 以流体仿真模块和优化设 计模块搭建统一流程， 在流体仿真模块中， 建立 各结构参数、 操作参数和物性参数， 在优化设计 模块中， 以结构参数、 操作参数和物性参数为控 制变量， 以旋流除砂器性能参数为目标变量， 有 效结合实验设计和响应面分析建立多目标快速 优化设计方法， 在旋流除砂器优化设计过程中， 自动对包含输入参数和输出参数的数值的实验 样本进行探索， 结合响应面分析开展多参数优 化， 并利用逆向代入验证， 形成旋流除砂器优化 设计方案， 有力驱动产品研发， 整体实现便捷， 操 作高效、 精度可靠 。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114266110 A 2022.04.01 CN 114266110 A 1.基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征在于， 基于Ansys   Workbench工作平台， 以流体仿真模块和优化设计模块搭建统一 流程； 在流体仿真模块中， 利用流体仿真工作流， 完成旋流除砂器的参数化设置， 参数化设置 的参数包括输入参数和输出参数， 输入参数包括旋流除砂器的结构参数、 操作参数和物性 参数， 输出参数包括旋流除砂器的性能评价指标参数， 对输入参数和输出参数进行参数化 设置； 在优化设计模块中， 以各个输入参数分别作为控制变量， 以各个输出参数分别作为目 标变量， 通过正交实验设计完成实验样本自动探索， 结合响应面分析开展多参数优化， 获得 旋流除砂器的理论优化设计方案， 并利用逆向代入 验证， 形成旋流除砂器优化设计方案 。 2.如权利要求1所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 具体按照如下步骤顺序进行： S1、 明确旋流除砂器的所述输入参数和所述输出参数， 选择多个所述输入参数分别作 为所述控制变量， 选择若干个所述输出参数作为所述输出变量， 进行旋流除砂器的参数化 设置； S2、 给定所述输入参数的变化范围； S3、 建立所述 正交实验设计的组合实验设计方案； S4、 获取所述实验样本， 所述实验样本中统计有不同所述输入变量组合及对应的所述 输出变量的数值； S5、 响应面与敏感度分析， 给出每个所述输入变量对所述输出变量的贡献值， 并由贡献 值获得所述输出变量随各个所述输入变量的单独 变化规律； S6、 根据步骤S5的结果， 明确以单个或多个所述输出变量为目标变量， 并以目标变量取 最大值或最小值为 目标， 考虑多个目标和性能的折衷， 获得优化参数代表的所述旋流除砂 器的理论优化设计方案， 开展逆向验证； S7、 完成选型设计， 获得旋流除砂器优化设计方案 。 3.如权利要求2所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 参数化设置的具体方法为： A1、 利用Design  Modeler模块建立或导入旋流除砂器三维几何模型， 并在Design   Modeler模块中将旋流除砂器三维几何模型的所述结构参数进行参数化设置， 所述结构参 数包括圆柱体半径、 溢流管插 入深度； A2、 控制网格尺寸， 利用Ansys  meshing模块以非结构网格进行网格自动划分； A3、 利用流体仿真软件建立旋流除砂多相流仿真模型， 并结合CFD ‑POST软件完成旋流 除砂器的所述操作参数、 所述物性 参数及所述 性能评价指标参数的参数化设置 。 4.如权利要求3所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 步骤A3中， 利用流体仿 真软件建立旋流除砂多相流仿 真模型时， 将非结构四面体网格 转化为多面体网格； 多相流仿 真选用欧拉两相流模 型， 其中， 主相为水， 第二相为砂， 并在工 质物性设置中完成砂粒直径等的参数化； 湍流模拟采用雷诺应力模型， 以速度入口和压力 出口作为 边界条件， 并在速度入口边界上完成含砂浊 液流量和浓度的参数化设置 。 5.如权利要求3所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 步骤A3中， 利用流体仿 真软件建立旋流除砂多相流仿 真模型时， 控制在不同迭代 步区权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114266110 A 2间的松弛因子， 使松弛因子根据迭代步数的增大而逐渐降低。 6.如权利要求3所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 所述优化设计模块包含实验设计、 响应面分析和优化分析三部 分， 实验设计部 分用于 基于所述输入参数的数量和给定的变化范围控制所述 实验样本方案的选择与生成方式， 响 应面分析用于针对各个所述输出参数获得各个所述输入参数的贡献率， 参数优化分析部分 用于在明确所述目标变量后， 根据实验样本和优化算法形成最终的单目标或多目标优化设 计方案。 7.如权利要求6所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 所述 实验设计部 分， 在所述 实验样本的探索过程中， 经参数化的流体仿真工作流基于 所述旋流除砂多相流仿真模型， 根据各个所述输入变量的单次取值自动更新网格， 开展流 体仿真， 并将由流体仿真所 得的所述输出变量的计算结果 直接统计于所述实验样本中。 8.如权利要求6所述的基于Ansys  Workbench的旋流除砂器高效优化设计方法， 其特征 在于， 在获得所述优化参数后， 基于推荐的最优解对应的所述输入参数， 一方面直接人为改 变流体仿真工作流中的物理模型与所述输入参数， 并进行流体仿真， 另一方面将所述优化 参数添加为新的实验样本， 并在所述 实验设计部 分再次开启CFD数值计算， 完成旋流除砂 优 化设计结果的有效性与可靠性验证。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114266110 A 3