雙向流固耦合實例

1、雙向流固耦合實例（Fluent與structure）說明：本例只應用于FLUENT14.0以上版本。ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本，在該版本中，加入了一個新的模塊System Coupling，目前只能用于fluent與ansys mechanical的雙向流固耦合計算。官方文檔中有介紹說以后會逐漸添加對其它求解器的支持，不過這不重要，重要的是現(xiàn)在FLUENT終于可以不用借助第三方軟件進行雙向流固耦合計算了，個人認為這是新版本一個不小的改進。模塊及數(shù)據(jù)傳遞方式如下圖所示。一、幾何準備流固耦合計算的模型準備與單獨的流體計算不同，它需要同時創(chuàng)建流體模型與固體模型。在geometry

2、模塊中同時創(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行模型禁用處理。模型中的尺寸：v1:32mm，h2:120mm，h5:60mm，h3:3mm，v4:15mm。由于流體計算中需要進行動網(wǎng)格設置，因此推薦使用四面體網(wǎng)格。當然如果擋板剛度很大網(wǎng)格變形很小時，可以使用六面體網(wǎng)格，劃分六面體網(wǎng)格可以先將幾何進行slice切割。這里對流體區(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、流體部分設置1、網(wǎng)格劃分雙擊B3單元格，進入meshing模塊進行網(wǎng)格劃分。禁用固體部分幾何。設定各相關部分的尺寸，由于固體區(qū)域幾何較為整齊，因此在切割后只需設定一個全局尺寸即可劃分全六面體網(wǎng)格。這里設

3、定全局尺寸為1mm。劃分網(wǎng)格后如下圖所示。2、進行邊界命名，以方便在fluent中進行邊界條件設置設置左側面為速度進口velocity inlet，右側面為自由出流outflow，上側面為壁面邊界wall_top，正對的兩側面為壁面邊界wall_side1與wall_side2（這兩個邊界在動網(wǎng)格設定中為變形域），設定與固體交界面為壁面邊界（該邊界在動網(wǎng)格中設定為system coupling類型）。操作方式：選擇對應的表面，點擊右鍵，選擇菜單create named selection，然后輸入相應的邊界名稱。注意：FLUENT會自動檢測輸入的名稱以使用對應的邊界類型，當然用戶也可以在flu

4、ent進行類型更改。完成后的樹形菜單如下圖所示。本部分操作完畢后，關閉meshing模塊。返回工程面板。3、進入fluent設置FLUENT主要進行動網(wǎng)格設置。其它設置與單獨進行FLUENT仿真完全一致。設置使用瞬態(tài)計算，使用K-Epsilon湍流模型。這里的動網(wǎng)格主要使用彈簧光順處理（由于使用的是六面體網(wǎng)格且運動不規(guī)律），需要使用TUI命令打開光順對六面體網(wǎng)格的支持。使用命令/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。動態(tài)層技術與網(wǎng)格重構方法在六面體網(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，所以只使用光順方法即可滿足要

5、求。點擊Dynamic mesh進入動網(wǎng)格設置面板。如下圖所示，激活動網(wǎng)格模型。4、smoothing參數(shù)使用彈簧光順方法。設置參數(shù)彈簧常數(shù)0.6，邊界節(jié)點松弛因子0.6。如下圖所示。5、運動區(qū)域設置主要包括三個運動區(qū)域：流固耦合面、兩側的面。其中流固耦合面運動方式為system coupling，兩側壁面運動類型為deforming。設置最小網(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（點擊查看大圖）。6、其它設置包括求解控制參數(shù)設置、動畫設置、自動保存設置、初始化設置、計算時間步及步長設置等。與單獨FLUENT使用沒有任何差異。迭代參數(shù)設置如下圖所示。關閉FLUENT，

6、返回工程面板。二、固體部分設置1、材料設置雙擊C2單元格進入固體材料設置。這里保持默認的結構鋼。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，因此對于剛度小的材料可能會存在大的位移，在流體求解器中動網(wǎng)格設置時需要加以關注。點擊retrun to project回到工程面板。2、網(wǎng)格劃分及進行約束雙擊C4單元格進入固體網(wǎng)格劃分模塊。設定網(wǎng)格尺寸1mm劃分網(wǎng)格。添加流固耦合面及固定邊界約束。設置分析參數(shù)，時間步長設置為0.01s，總時間為1s。如下圖所示。設置完畢后，關閉DS返回工程面板。右鍵單擊C5單元格，選擇update進行更新。三、System Coupling設置1、設置時間耦合雙擊D2單元格，進入System Coupling面板。點擊Analysis Settings，如左下圖所示。在彈出的面板中設置end time為1s，設置step size為0.01s，如右上圖所示。2、設置耦合面點選ctrl的同時選擇固體與流體中的耦合面名稱，點擊右鍵，創(chuàng)建流固耦合面。如下圖所示。點擊Co-Sim. seq