雙向流固耦合實(shí)例

1、雙向流固耦合實(shí)例（Flue nt與structure ）說(shuō)明：本例只應(yīng)用于FLUENT14.0以上版本。ANSYS4.0是2011年底新推岀的版本，在該版本中，加入了一個(gè)新的模塊System Coupling，目前只能用于flue nt與an sys mecha ni cal的雙向流固耦合計(jì)算。官方文檔中有介紹說(shuō)以后會(huì)逐漸添加對(duì)其它求解器的支持，不過(guò)這不重要，重要的是現(xiàn)在FLUENT終于可以不用借助第三方軟件進(jìn)行雙向流固耦合計(jì)算了，個(gè)人認(rèn)為這是新版本一個(gè)不小的改進(jìn)。模塊及數(shù)據(jù)傳遞方式如下圖所示。一、幾何準(zhǔn)備流固耦合計(jì)算的模型準(zhǔn)備與單獨(dú)的流體計(jì)算不同，它需要同時(shí)創(chuàng)建流體模型與固體模型。在geom

2、etry模塊中同時(shí)創(chuàng)建流體模型與固體模型。到后面流體模型或固體模塊中再進(jìn)行模型禁 用處理。HlaJ Flc*FllJ&fT皿模型中的尺寸： v1:32mm, h2:120mm, h5:60mm, h3:3mm, v4:15mm。由于流體計(jì)算中需要進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置，因此推薦使用四面體網(wǎng)格。當(dāng)然如果擋板剛度很大網(wǎng)格變形很小時(shí)，可以使用六面體網(wǎng)格，劃分六面體網(wǎng)格可以先將幾何進(jìn)行slice切割。這里對(duì)流體區(qū)域網(wǎng)格劃分六面體網(wǎng)格，固體域同樣劃分六面體網(wǎng)格。二、流體部分設(shè)置1、網(wǎng)格劃分雙擊B3單元格，進(jìn)入 meshing模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分。禁用固體部分幾何。設(shè)定各相關(guān)部分的尺寸，由于固體區(qū)域幾何較為整

3、齊，因此在切割后只需設(shè)定一個(gè)全局尺寸即可劃分全六面體網(wǎng)格。 這里設(shè)定全局尺寸為1mm劃分網(wǎng)格后如下圖所示。2、進(jìn)行邊界命名，以方便在flue nt中進(jìn)行邊界條件設(shè)置設(shè)置左側(cè)面為速度進(jìn)口velocity inlet ，右側(cè)面為自由岀流 outflow，上側(cè)面為壁面邊界wall_top ，正對(duì)的兩側(cè)面為壁面邊界wall_side1 與wall_side2（這兩個(gè)邊界在動(dòng)網(wǎng)格設(shè)定中為變形域），設(shè)定與固體交界面為壁面邊界（該邊界在動(dòng)網(wǎng)格中設(shè)定為system coupling類型）.操作方式：選擇對(duì)應(yīng)的表面，點(diǎn)擊右鍵，選擇菜單create named selection，然后輸入相應(yīng)的邊界名稱。注意：F

4、LUENT會(huì)自動(dòng)檢測(cè)輸入的名稱以使用對(duì)應(yīng)的邊界類型，當(dāng)然用戶也可以在flue nt進(jìn)行類型更改。完成后的樹形菜單如下圖所示。fll Project制 Model (B3)- GeomEtry+I" solidL x 0 Solid®-末 Coordinate Systems 土破 Connections白.應(yīng)MeshDominant Method3-I Nemed Selectionsveloaty outflow wall_sid 亡u wall_sidez walljop walk本部分操作完畢后，關(guān)閉meshing模塊。返回工程面板。3、進(jìn)入flue nt 設(shè)置FLU

5、ENT主要進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置。其它設(shè)置與單獨(dú)進(jìn)行FLUENT仿真完全一致。設(shè)置使用瞬態(tài)計(jì)算，使用K-Epsilo n湍流模型。這里的動(dòng)網(wǎng)格主要使用彈簧光順處理（由于使用的是六面體網(wǎng)格且運(yùn)動(dòng)不規(guī)律），需要使用TUI命令打開(kāi)光順對(duì)六面體網(wǎng)格的支持。使用命令/defi ne/d yn amic-mesh/c on trols/smoothi ng-parameters。動(dòng)態(tài)層技術(shù)與網(wǎng)格重構(gòu)方法在六面體網(wǎng)格中失效。因此，建議使用四面體網(wǎng)格。我們這里 由于變形小，所以只使用光順?lè)椒纯蓾M足要求。點(diǎn)擊Dynamic mesh進(jìn)入動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置面板。如下圖所示，激活動(dòng)網(wǎng)格模型。Dynamic MeshVMesh喝t

6、sii Methods5*(*巧HJ&rrolHngiLiWrSRemcshhcln<¥lr<lFr DOFInnpldt Update"IlMi亡MM制絲RMai xhdAjd £ysixr> Usuplng科制ni巳Jv - nffei niiig帽ml Eids Jz - Deft>,nrinH3UrtajEdiL,”Cufcf I'tT " IOispav Zant MDtion.r了沁“ uC3h Mgjr,.Help4、smoothing 參數(shù)使用彈簧光順?lè)椒?。設(shè)置參數(shù)彈簧常數(shù)0.6，邊界節(jié)點(diǎn)松弛因子

7、0.6。如下圖所示SowLiyerin? | Heme曲ng |ethcci» Sprng/_aDlfl«oudsty La/#* nFarameterf5、運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)置主要包括三個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域：流固耦合面、兩側(cè)的面。其中流固耦合面運(yùn)動(dòng)方式為systemcoupling ，兩側(cè)壁面運(yùn)動(dòng)類型為deforming。設(shè)置最小網(wǎng)格尺寸0.8，最大網(wǎng)格尺寸1.5，最大扭曲率0.6。如下圖所示（點(diǎn)擊查看大圖）。tA TU,-*>HhRCMh|MtH 一VMiMvf >TW«&Mtol1mm afffc fci mvi -Epwilw*w”*ww*:«

8、?#>:血v( r w Mita事*耳 *fiM氣.6、其它設(shè)置包括求解控制參數(shù)設(shè)置、動(dòng)畫設(shè)置、自動(dòng)保存設(shè)置、初始化設(shè)置、計(jì)算時(shí)間步及步長(zhǎng)設(shè)置 等。與單獨(dú)FLUENT使用沒(méi)有任何差異。迭代參數(shù)設(shè)置如下圖所示。關(guān)閉FLUENT返回工程面板。二、固體部分設(shè)置1材料設(shè)置雙擊C2單元格進(jìn)入固體材料設(shè)置。這里保持默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼。彈性模量2.1e11Pa，泊松比0.3。需要注意的是材料特性決定了變形，因此對(duì)于剛度小的材料可能會(huì)存在大的位移，在流體 求解器中動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置時(shí)需要加以關(guān)注。點(diǎn)擊retrun to project 回到工程面板。2、網(wǎng)格劃分及進(jìn)行約束雙擊C4單元格進(jìn)入固體網(wǎng)格劃分模塊。設(shè)定網(wǎng)格尺

9、寸1mm劃分網(wǎng)格。添加流固耦合面及固定邊界約束。設(shè)置分析參數(shù)，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.01s，總時(shí)間為1s。如下圖所示。盂1top Carrtrolfi,Numljcr Of1Current 5ttp dumber1祈甲 Erd TiriM11 ¥AutoTime SteppingCffTii*Time 51 即Time rf&g rad-crOnSilver TypePregrom ControlledWeakSprrgs;Program Control led“ye DtfleitcnOn設(shè)置完畢后，關(guān)閉DS返回工程面板。右鍵單擊C5單元格，選擇 update進(jìn)行更新三、Sys

10、tem Coupling 設(shè)置1設(shè)置時(shí)間耦合雙擊D2單元格，進(jìn)入 System Coupling面板。點(diǎn)擊 Analysis Settings，如左下圖所示1QSyoberr CoupingA1B2日Setup1Mwrtyi3也 AndlysK Settings2対ldlf 純 Teerrsnaen:A匚 3U|linc lntiaization lipromm Controlled日 Fhlid Flow (FLUEIVT)曰 U PartictHntBBR.egion&3 wall_sde_hj 丘wall_adejz wall topwall-sahd-fluidID初叩Cdnt

11、rdD.jrflhijr DpfinN 眺nd ""iHie5：EP3ZSMrimur IfcratcnMsrmum ft*r#tt9n7S k Step Contrak弓在彈岀的面板中設(shè)置 end time為1s，設(shè)置step size 為0.01s，如右上圖所示。2、設(shè)置耦合面點(diǎn)選Ctrl的同時(shí)選擇固體與流體中的耦合面名稱，點(diǎn)擊右鍵，創(chuàng)建流固耦合面。如下圖所示。11Lraate Data rarsfer 冋id汕 kiUrfeoeAlfai BCcIIsooe All£ C-Sm. StqutrcE 曰 Debug Output 目r td-medteRnul' -ki CLtcul點(diǎn)擊Co-Sim. sequenee 單元格，在彈岀的編輯面板中設(shè)置各求解器的啟動(dòng)順序。設(shè)置flue nt 為1， Tran sie nt 為2。如下圖所示。AB1Parti apartSeque ke2Flijd Aow 但UEbTT)id3Tran&snt STUctural2d3、進(jìn)行流固耦合計(jì)算通過(guò)點(diǎn)擊工具欄上的Update Project按鈕進(jìn)行流固耦合計(jì)算。A