双向流固耦合实例

双向流固耦合实例（Flue nt与structure ）说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。ANSYS4.0是2011年底新推岀的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling，目前只能用于flue nt与an sys mecha ni cal的双向流固耦合计算。官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。模块及数据传递方式如下图所示。一、几何准备流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。在geometry模块中同时创建流体模型与固体模型。到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁 用处理。HlaJ Flc*FllJ&fT皿模型中的尺寸： v1:32mm, h2:120mm, h5:60mm, h3:3mm, v4:15mm。由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice切割。这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。二、流体部分设置1、网格划分双击B3单元格，进入 meshing模块进行网格划分。禁用固体部分几何。设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。 这里设定全局尺寸为1mm划分网格后如下图所示。2、进行边界命名，以方便在flue nt中进行边界条件设置设置左侧面为速度进口velocity inlet ，右侧面为自由岀流 outflow，上侧面为壁面边界wall_top ，正对的两侧面为壁面边界wall_side1 与wall_side2（这两个边界在动网格设定中为变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为system coupling类型）.操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单create named selection，然后输入相应的边界名称。注意：FLUENT会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型，当然用户也可以在flue nt进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。fll Project制 Model (B3)- GeomEtry+I solidL x 0 Solid-末 Coordinate Systems 土破 Connections白.应MeshDominant Method3-I Nemed Selectionsveloaty outflow wall_sid 亡u wall_sidez walljop walk本部分操作完毕后，关闭meshing模块。返回工程面板。3、进入flue nt 设置FLUENT主要进行动网格设置。其它设置与单独进行FLUENT仿真完全一致。设置使用瞬态计算，使用K-Epsilo n湍流模型。这里的动网格主要使用弹簧光顺处理（由于使用的是六面体网格且运动不规律），需要使用TUI命令打开光顺对六面体网格的支持。使用命令/defi ne/d yn amic-mesh/c on trols/smoothi ng-parameters。动态层技术与网格重构方法在六面体网格中失效。因此，建议使用四面体网格。我们这里 由于变形小，所以只使用光顺方法即可满足要求。点击Dynamic mesh进入动网格设置面板。如下图所示，激活动网格模型。Dynamic MeshVMesh喝tsii Methods5*(*巧HJ&rrolHngiLiWrSRemcshhclnlr Usuplng科制ni巳Jv - nffei niiig帽ml Eids Jz - Deft,nrinH3UrtajEdiL,”Cufcf ItT IOispav Zant MDtion.r了沁“ uC3h Mgjr,.Help4、smoothing 参数使用弹簧光顺方法。设置参数弹簧常数0.6，边界节点松弛因子 0.6。如下图所示SowLiyerin? | Heme曲ng |ethcci Sprng/_aDlfloudsty La/#* nFarameterf5、运动区域设置主要包括三个运动区域：流固耦合面、两侧的面。其中流固耦合面运动方式为systemcoupling ，两侧壁面运动类型为deforming。设置最小网格尺寸0.8，最大网格尺寸1.5，最大扭曲率0.6。如下图所示（点击查看大图）。tA TU,-*HhRCMh|MtH 一VMiMvf TW&Mtol1mm afffc fci mvi -Epwilw*w”*ww*:?#:血v( r w Mita事*耳 *fiM气.6、其它设置包括求解控制参数设置、动画设置、自动保存设置、初始化设置、计算时间步及步长设置 等。与单独FLUENT使用没有任何差异。迭代参数设置如下图所示。关闭FLUENT返回工程面板。二、固体部分设置1材料设置双击C2单元格进入固体材料设置。这里保持默认的结构钢。弹性模量2.1e11Pa，泊松比0.3。需要注意的是材料特性决定了变形，因此对于刚度小的材料可能会存在大的位移，在流体 求解器中动网格设置时需要加以关注。点击retrun to project 回到工程面板。2、网格划分及进行约束双击C4单元格进入固体网格划分模块。设定网格尺寸1mm划分网格。添加流固耦合面及固定边界约束。设置分析参数，时间步长设置为0.01s，总时间为1s。如下图所示。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设置完毕后，关闭DS返回工程面板。右键单击C5单元格，选择 update进行更新三、System Coupling 设置1设置时间耦合双击D2单元格，进入 System Coupling面板。点击 Analysis Settings，如左下图所示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CdntrdD.jrflhijr DpfinN 眺nd iHie5：EP3ZSMrimur IfcratcnMsrmum ft*r#tt9n7S k Step Contrak弓在弹岀的面板中设置 end time为1s，设置step size 为0.01s，如右上图所示。2、设置耦合面点选Ctrl的同时选择固体与流体中的耦合面名称，点击右键，创建流固耦合面。如下图所示。11Lraate Data rarsfer 冋id汕 kiUrfeoeAlfai BCcIIsooe All C-Sm. StqutrcE 曰 Debug Output 目r td-medteRnul -ki CLtcul点击Co-Sim. sequenee 单元格，在弹岀的编辑面板中设置各求解器的启动顺序。设置flue nt 为1， Tran sie nt 为2。如下图所示。AB1Parti apartSeque ke2Flijd Aow 但UEbTT)id3Tran&snt STUctural2d3、进行流固耦合计算通过点击工具栏上的Update Project按钮进行流固耦合计算。A 3 - Wtwkbencii-%IDI*ilWMMTFTTtiT Tifi. F Iwld -l9 (.FLUtlJnin*Tiafc - i曲“ Trmf i-M2ji rm vnr 3.XMUL*T9Cm rrM| ?. M4WI-03J ill-yr-ii#F St i-TuaI MT4艸bI