在工业应用中，设计并联式管路系统时，通常需要优化支路结构从而使各支路按目标流量供给。本案例结合多目标优姝耒匝揎化软件ISIGHT在STAR-CCM+中进行流场仿真，实现系统的流量分配。模型描述：管路系统为单进单出，包括三条不同类型的支路，假设系统总流量为15 L/min，三条支路目标流量都为5 L/min，确定总管路和支路连接段的管路半径，半径范围限定在[1, 6] mm内。
工具/原料
CATIA V5R20
STAR-CCM+ 12.02.010
ISIGHT 5.9-4 Design Gateway
CATIA建模
1、打开CATIA软件，在零件设计模块下创建管路系统模型，另存为Pipe.stp。
3D-CAD导入
1、打开STAR-CCM+，新建一个simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK，保存模型为FlowMatch.sim。
2、右键Geometry >3D-CAD Models > new，新建3D-CAD Model，导入CAD model，选择Pipe.stp。
3、选择支路1进出口外表面，右键Create Sketch > At Face Center，进入草图编辑界面。在草图面上画圆，约束半径并定义为参数R1，连续点击OK退出草图。
4、编辑Design Parameters > R1，单位改为mm，参数值预设为5。修改后，特征树上出现感叹号，右键3D-CAD Model1，选择Update更新。
5、右键Sketch，选择Extrude，Method选择Up To Face，Target Face选择管路端诹鬃蛭镲面，Body Interaction选择Imprint，点击OK，生成新的Part，重命名为R1。
6、右键R1 > Duplicate，点击OK，生成R1 2，再右键R1 2 > Trans熠硒勘唏form > Mirror，Normal向量设为[0, 1, 0]，将R1 2镜像至另一侧管路和支路的连接处。
7、重复步骤3-6，分别创建支路2和支路3的连接段管路，半径参数和新生成的零件分别命名为R2和R3。点击Close3D-CAD。
8、右键Geometry >3D-CAD Models新建3D-CAD Model 2，再次导入Pipe.stp。
模型设置
1、右键Geometry >3D-CAD Models > 3D颍骈城茇-CAD Model 1 > Bodies，同时选中所有R零件，右键New Geometry Part，默认设就女蒿鸳置，点击OK。右键Geometry >3D-CAD Models >3D-CAD Model 2 > Bodies，同时选中所有零件，右键New Geometry Part，默认设置，点击OK。模型从3D-CAD Model导入到Parts。创建Geometry Scene显示模型。
2、分别合并主路和支路，重命名为pipe和plate。
3、合并pipe包含的surface，重命名为wall。右键wall > Split by Patch，选中面后点击create分别定义inlet和outlet，完成后点击close退出。
4、重命名plate包含的surface，分别为P1、P2、P3。
网格定义
1、点击Operatio艘绒庳焰ns > New > Mesh > Automated Mesh，重命名为pipe-pl锾攒揉敫ate，Parts选择pipe和plate，Enabled Meshers选择Surface Remesher和Polyhedral Mesher。本案例为减少网格数量提高计算效率，不划分Prism Layer Mesher，实际应用时，读者可根据具体情况决定是否勾选Prism网格。
2、Base Size设为10 mm，Ta筠续师诈rget Surface Size > Percentage of Base设为80，Mi荏鱿胫协nimum Surface Size > Percentage of Base设为10。
3、同时选中Parts下的pipe和plate，右键选择Assign Parts to Regions，相关设置如图。
物理模型
1、点击Continua > New > Physics Continuum，创建流体模型。
2、点击Continua争犸禀淫>Physics 1>Initial Conditions>Turbulence Specification，Method设为Intensity + Length Scale，Turbulence Intensity设为0.05，Turbulent Length Scale设为0.016。
网格划分
1、在Operations下右键pipe-plate，选择Execute，开始划分pipe和plate的网格。
2、点击Operations > New > Boolean > Imprint，全选所有Part，不勾选Perform CAD Imprint。
3、Tolerance设为1e-6，Merge/Imprint Method选择Discrete Imprint Surfaces，右键Imprint选择Execute。
4、复制pipe-plate，重命名为R，Parts选择所有R零件。
边界条件
1、点击Region > pipe > Boundaries > inlet，Type选择Mass Flow Inlet，同理，outlet选择Pressure outlet。
2、Mass Flow Rate设为0.24939025 kg/s，等价于15 L/min。
后处理显示
1、右键Reports选择New Report>Mass Flow，重命名为R1。同理，创建R2和R3。
2、同时选中三个Report，陴查哉厥右键选择Create Monitor and Plot from Report，选择Single Plot。重命名新生成的plot为Mass 僻棍募暖Flow，将Plot的Title同样改为Mass Flow。
录制宏
1、在菜单栏点击Start Recording按钮，开始录制宏，宏文件命名为mf.java。
2、点击Geometry >3D-CAD Models >3D-CAD Model 1 > Design Parameters，依次修改R1、R2、R3对应参数值为2，3，4。
3、右键Operations > Imprint > Execute，更新特征树上的感叹号。
4、同时选中所有R零件，右键Assign Parts to Regions，创建新的Region，命名为R，选择Create a Boundary for Each Part Surface。
5、右键Operations > R > Execute，更新R零件网格。
6、点击Stopping Criteria>Maximum Steps，设为5。
7、点击Reports，R1、R2、R3对应Parts分别选择pipe: wall [R1/pipe]，pipe: wall [R2/pipe]，pipe: wall [R3/pipe]。
8、初始化，提交计算，迭代5步后计算结束。
9、右键Plots > Mass Flow > Export，保存为mf.csv。停止宏录制。
10、用notepad+打开mf.java文件，可以找到R参数修改行，Maximum Step定义行，mf.csv保存定义行。
11、打开mf.java，修改MaximumNumberSteps为200，保存。打开mf.csv，将迭代步调整为200，流量值任意复制即可，保存。
创建BAT
1、新建txt文本，输入@echo o酆璁冻嘌ffcall starccm+ -locale en -load -np 2 %~dp0\FlowMatch.sim -batch mf.javaexit保存文件，将后缀改为.bat。
2、将.sim，.bat，.java，.csv四个文件放在同一个文件夹内，以备后续自动执行。
ISIGHT设置
1、打开ISIGHT程序。在Process 觊皱筠桡Components选项卡下将Optimization拖拽至流程树Task处，在Applicat足毂忍珩ion Components选项卡下将Simcode拖拽至流程树横线处。
2、设置模型属性，Model Name设为flowmatch，定义工作路径至前述四个文件所在文件夹，不勾选Create sub-directories。
3、双击Simcode进入设置界面，点击Command > Basic，点击Find Program选择opt.bat，勾选Distribute Executable。
4、点击Command > Advanced，取消勾选图中选项。
5、点击Command > Input，导入mf.java文件。在文本区域右键编辑Edit Section，在Word Separators > Other里输入小括号。
6、依次定义R1、R2、R3为Input Parameters。
7、点击Command > Output，导入mf.csv文件。依次将csv文件最后一行的三个流量值定义为输出变量，分别命名为mf1、mf2、mf3。完成后点击Apply，OK。
8、点击流程树上的Simcode，选择Parameters选项卡，分别定义R1、R2、R3参数允许的离散值，参数范围[1, 6]，间隔0.2。
9、回到Sim-flow选项卡，双击Optimization1设置优化参数。
10、General选项卡，Optimization 哌囿亡噱Technique选择Pointer，Maximum allowable job time设为12 h，Average a荏鱿胫协nalysis time设为2000 s。
11、Variables选项卡，全选R1、R2、R3三个参数作为优化变量。
12、本案例不设置约束条件，实际应用时可以将系统流阻作为约束条件，如pressure drop < 30 Kpa。
13、Objectives选项卡，选中mf1、mf2、mf3作为优化目标，Direction选择Target，Target值按总流量的1/3设置，5L/min，即0.08313008泌驾台佐3 kg/s。负号表示方向。完成后点击Apply，OK。
14、保存模型为flowmatch.zmf，提交计算，此时ISIGHT开始自动调用sim文件进行优化计算。
结果
1、寻优计算结束。
2、History历程。
3、Summary结论。优化结果显示，当R1、R2、R3都为3.2 mm时，浯裁佻辞流量分配最优，其中，支路1流量为-0.08373 kg/s（5.04 L/min），支路2流匪犬挚驰量为-0.08261 kg/s（4.97 L/min），支路3流量为-0.08308 kg/s（4.99 L/min）。
