基于 OpenFOAM 的计算流体力学（CFD）设计优化

基于 OpenFOAM 的计算流体力学（CFD）设计优化

课程定位：从流动仿真到自动化外形与拓扑结构设计

学习收获

借助简单流动案例，理解基于 CFD 的设计优化，以及灵敏度优化、外形优化和拓扑优化的相关概念。

无需掌握伴随理论前置知识，即可在 OpenFOAM v2412 中搭建基于伴随方法的灵敏度分析流程。

通过控制点与几何约束条件，完成二维方柱绕流的外形优化。

针对单入口、双出口的三维内流问题，配置基于孔隙率的拓扑优化方案。

合理设置源项耦合，实现孔隙率场与动量方程的关联。

创建并管理单元集与单元区域，以此限定优化的有效范围。

利用目标函数变化历程、灵敏度数据及孔隙率演变规律，分析优化的收敛性。

通过 ParaView 阈值分析与等值面功能，实现优化后外形及拓扑结构的可视化。

识别并解决 CFD 优化流程中常见的设置错误与收敛性问题。

修改课程提供的演示案例，探索不同目标函数与约束条件下的优化效果。

课程介绍

发布时间：2026 年

MP4 视频

本课程是一门侧重实操的基于 OpenFOAM 的 CFD 设计优化入门课，旨在帮助学习者突破单纯的流动可视化局限，掌握系统化、仿真驱动的设计改进方法。课程核心重点是讲解 CFD 优化问题的搭建思路，以及各项配置选择的内在逻辑，而非针对大规模工业级问题的求解。

本课程专为无伴随方法前置知识的学习者设计。所有优化相关概念均从设计与工程应用的角度切入讲解，清晰界定优化对象，以及 CFD 技术如何指导设计方案的优化升级。课程最大限度简化了数学推导的复杂度，全程侧重实操实现的细节要点。

课程所用的所有案例均设计为结构简单、维度较低的形式，其唯一目的是演示优化流程与求解器设置方法。这一设计能让学习者专注于理解优化方法本身，而无需耗费精力处理复杂几何模型或高额计算成本的问题。

在灵敏度分析与外形优化模块，课程以二维方柱绕流作为核心案例。这一经典问题能够直观呈现灵敏度变化、目标函数特性及边界变形规律，同时大幅简化流动物理过程与网格处理的难度。

在拓扑优化模块，课程选取单入口双出口的三维内流问题展开讲解。该模块采用基于孔隙率的方法对流动区域进行优化，通过在区域内添加或移除材料，引导流体高效流向出口。案例的几何模型与流动条件均经过刻意简化，便于学习者轻松解读和可视化拓扑结构与孔隙率的演变过程。

本课程基于OpenFOAM v2412开发，所有演示内容、算例文件及字典文件均与该版本完全兼容。学习者将直接操作 OpenFOAM 求解器、优化字典及后处理工具，掌握灵敏度分析、外形优化和拓扑优化的标准化、可复现配置方法。

课程特别关注实操过程中的常见问题，例如基于孔隙率优化时源项耦合缺失、约束条件定义不当、优化过程不稳定等。对于这些问题，课程不刻意回避，而是详细解释问题成因及解决方法，帮助学习者建立诊断实际优化问题的信心。

为支撑实操学习，课程配套提供视频讲义、PDF 补充笔记、可直接运行的 OpenFOAM 算例文件及配置模板。学习者可直接运行这些案例，修改参数并将示例拓展应用到自己的 CFD 研究问题中。

分辨率 1920×1080

课程类型：在线学习

语言：英语 

7 讲（总时长 1 小时 30 分钟）

文件大小：1.4GB