双向流固耦合实例

1、精品文档双向流固耦合实例（Fluent与structure ）说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。ANSYS14.0是2011年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling ,目前只能用于fluent与ansys mechanical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。8欢在下载一、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

2、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*FUJ&fT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

3、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 fluent中进行边界条件设置设置左侧面为速度进口velocity inlet ,右侧面为自由出流 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

4、界名称。注意：FLUEN攻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fluent进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。fll Project由 Model (B3)GeomEtry+I- solidL X 0 Solid®- /A Coordinate Systems力顺 Connections白.& MeshDominant Method3-也I Nemed Selectionsvelocityni±t outflow wall_side_hr wall_sidejz walljop wak本部分操作完毕后，关闭meshing模块。返回工程面板。

5、3、进入fluent 设置FLUEN住要进行动网格设置。其它设置与单独进行FLUENT仿真完全一致。设置使用瞬态11算，使用K-Epsilon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 /define/dynamic-mesh/controls/smoothing-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。Llyn/imi

6、c MeshQctiwsJlnCylindrrOSIX DOF Imp) dt Update，Mesh 的 Methods团51r皿帆叩1 iLirrgRemcshixSethEA ,力由*nt聊抬h工心n屿向白I 案*d &id Sysber- Usuplriq jiieJ'Z FoMmiiq那苜1 side I2 - 口mforniiquisper Sane Msbor. PrccwMeAMafcn-4、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 O如下图所示Snioothhig | Layerinc Remesbng |Me

7、thcci» £prn§AaHwr#辰sdsty L占”，DixsonFarameterf5、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）。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133 FLUENT返回工程面板。二、固体部分设置1、材料设置泊松比双击

8、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 , 0.3 o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1mmJ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。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

9、System Coupling 面板。点击 Analysis Settings ,如左下图所示A1直j Syaterr CoupingAiB2日Setup1Mwrtv3位 Analysis Setcngs281瑞心rrsnaen:45-PartiaDanteR e FhlidFlcw (FLUEI34- LhitiWIiid出n Contde匚muEn匚 inuaizauanProram Conirofed 二5口jr&ig Controls6日 _J Rjegiont6口用tinr gfn闻 ByEnd Ims|7 wall_9de_hi7End Tinie8wall_adejz9

10、目 Step Cmtrslc9 wall_bp95 旬 SizsaoiIC8) wdlaIDMrirauT Itera-ftcni11 wall-salid-flud11Marmun 馆?Misn5在弹出的面板中设置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。如下图所小。2Tr3F=1 4 Sckw30三 Anal/EE-Setting;日 匕Fflrttwits至住ctr幡&萍两个直.猿匕白FhWF' HLFN1 二三之日.K里，皿日匕公即毋 all

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