雙向流固耦合實(shí)例Fluent與structure.doc

雙向流固耦合實(shí)例（Fluent與structure）說明：本例只應(yīng)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(gè)新的模塊System Coupling，目前只能用于fluent與ansys mechanical的雙向流固耦合計(jì)算。官方文檔中有介紹說以后會(huì)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(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geometry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。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fluent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)面為自由出流outflow，上側(cè)面為壁面邊界wall_top，正對的兩側(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：FLUENT會(huì)自動(dòng)檢測輸入的名稱以使用對應(yīng)的邊界類型，當(dāng)然用戶也可以在fluent進(jìn)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(guān)閉meshing模塊。返回工程面板。3、進(jìn)入fluent設(shè)置FLUENT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-Epsilon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命令打開光順對六面體網(wǎng)格的支持。使用命令/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-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，所以只使用光順方法即可滿足要求。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。4、smoothing參數(shù)使用彈簧光順方法。設(shè)置參數(shù)彈簧常數(shù)0.6，邊界節(jié)點(diǎn)松弛因子0.6。如下圖所示。5、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system coupling，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）。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)間步及步長設(shè)置等。與單獨(dú)FLUENT使用沒有任何差異。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)間步長設(shè)置為0.01s，總時(shí)間為1s。如下圖所示。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、System 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。在彈出的面板中設(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。點(diǎn)擊Co-Sim. seq