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文档简介

1、ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合简介Adina 技术部ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE 流固耦合模拟的关键技术 主要内容ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合模拟的基本方法薄膜与流场的相互作用流场域流体控制方程结构(固体)域固体控制方程耦合界面界面控制方程 耦合边界是运动的; 一层单元两侧都会发生作用; 耦合边界的范围是变化的;ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合求解控制方程- structural domain displacements u - fluid domain- velocities,p

2、ressure,T Governing equations: F (u,d,v, p, t) = R(t)- - fsi,free surface, displacements d(与传统流场的区别)- Compatibility along the fsi boundary Velocity Displacement( Compatibility & Drag)- Equilibrium of forces 流固耦合求解流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE 迭代方法 流场、结构场、FSI界面方程分别求解,判断系统收敛状态状态。 优点:程序实现容易

3、; 对机器内存占用相对少; 缺点:收敛不保证;针对越复杂的耦合问题,失败的可能性越大; 直接耦合 通过数学一致化处理,将流场、结构、界面方程组合成单一系统方程,对一个方程进行求解。 优点:耦合问题的完善解决方法,使用任何难度的耦合问题; 计算速度快; 缺点:对机器内存占用大;迭代耦合直接耦合系统方程组流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE LB10001000484L484膜片流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE(a)自由变形 (b)颤振前 (c) 颤振 (d)上翻软件试验流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED

4、ON EXCELLENCE简单流固耦合问题的求解流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固模型处理流固耦合求解FSI分析模型中可以包括任意结构、流体模块中有关稳态求解、瞬态求解的定义(各种材料、接触、大位移/转动、相变、单元生死、材料失效、断裂力学、传热、传质等)ADINAFSI ADINA ADINA-F流固耦合求解器 结构求解器 流体求解器 后处理中可以分别或同时处理结构、流体的各种结果流固耦合模拟的基本方法ADINAFOCUSED ON EXCELLENCEFSI技术耦合的算法耦合的类型直接耦合迭代耦合FSITFSI(热传递)PFSI(孔隙介质)TPF

5、SI(热孔隙介质)动网格技术耦合界面稳定性GAP算法,网格滑移建立统一方程组,求解系统方程组参数化动网格Adaptive动网格控制流体联通状态流体中Shell结构大规模求解技术流固耦合模拟的关键技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固模型处理流固耦合求解结构、流体分开建立模型;流体与结构网格独立,并有公差许可;流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE旋转机械示意图流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED

6、 ON EXCELLENCE2D测试流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE任意网格可以获得准确的结果流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE3D网格流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE任意网格可以获得准确的结果流固耦合模拟的关键技术不同域网格划分和验证ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE参数化动网格液压弹簧参数化动网格流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE刹车导致底部活塞

7、突然发生上下移动,液压油在机构内腔流动,并推动钢珠运动,与钢珠相连的弹簧或松或紧控制刹车阻力。随着钢珠的移动,流场空间在改变,改变到一定程度时,流场网格进行自动重划分。动网格技术自适应动网格流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE超声速流动(马赫数为8 )中捕捉激波的方法 流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE超声速流动(马赫数为8 )中捕捉激波的方法流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE初始约4万网格 自动加密到60万网格流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUS

8、ED ON EXCELLENCE流场中的压力和流速分布流固耦合的关键技术动网格技术ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE K-Epsilon湍流模型系列Option 1: Standard, RNGOption 2: 2-Layer-Zonal Model K-Omega湍流模型系列Option 1: Low Reynolds, High ReynoldsOption 2: SST(Shear-Stress-Transport Model) Spalart-Allmaras湍流模型系列Option 1: Standard Option 2: DES(Detached-Eddy-S

9、imulation Model) Large-Eddy-Simulation Model大涡模型系列Option 1: Standard, Smagorinsky, Renormalization Group of Subgrid-Scale ModelsOption 2: Random Pertubations流固耦合的关键技术流场模拟的准确性ADINAFOCUSED ON EXCELLENCETime-dependent Streamwise Velocity in 3-D Large Eddy Simulation of Flow Past a Block( Smagorinsky-Li

10、lly subgrid scale model )流固耦合的关键技术流场模拟的准确性ADINAFOCUSED ON EXCELLENCEThe LES results presented here were obtained using the Smagorinsky-Lilly subgrid scale model. Random perturbations were superimposed on the fully-developed velocity profile at the inlet. A total of 1,500 time steps were used. The sa

11、mpling to compute mean flow quantities was taken from the last 250 time steps. The space and time discretization schemes are both second-order accurate. The mesh was relatively coarse, with approximately 650,000 3D elements. The movie shows the chaotic-like time-dependent streamwise velocity contour

12、s in the symmetry plane of the block. The time-averaged streamwise velocity contours corresponding to the same plane as in the movie are shown below. The time-averaged results are also shown in a horizontal plane located at 0.05h from the block base, h = block height. The animation and the time-aver

13、aged results reveal the main features of the flow: the upstream separation zone, two downstream separation zones and the recirculation zone above the block. Note that the instantaneous flow looks remarkably different from the time-averaged flow in the primary downstream separation zone. 流固耦合的关键技术流场模

14、拟的准确性ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合的关键技术流场模拟的准确性ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE按照流固耦合模拟的复杂程度进行分类:第I类: 流固耦合过程中结构仅发生弹性变形; 如模拟弹性结构风洞试验;第II类: 流固耦合过程中结构经历显著的运动; 如模拟旋转机械;第III类:流固耦合过程中不同结构之间存在相互作用;或者包括除流场、结构场之外的其它物理量的耦合; 如模拟水下碰撞;阀门等问题模拟; TFSI; 流固耦合中包含电磁效应等等;流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE涡街脱落诱发结构振动 入口施加变化的

15、流速和自由水面; 采用 DES(涡分离模型); 流体与结构耦合FSI计算方法;第一类流固耦合问题流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE涡街脱落诱发结构振动流场切片距离水面一定高度位置的压力场变化过程流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE涡街脱落诱发结构振动竖管的振动变形过程(300X)流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE仿生飞行装置的试验过程第二类流固耦合问题流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCE流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCEL

16、LENCE升力曲线阻力曲线流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCEFinite element model of reactor Onsala Engineering AB, Sweden第三类流固耦合问题流固耦合问题工程分类ADINAFOCUSED ON EXCELLENCEPart of the mesh consisting of solid, structural and fluid elementsused to model the reactor vessel The model was originally intended to calculate the loads, due to pipe breaks in the system, on the bolts holding in place the baffle plates that are used to direct the flow of coolant within the reactor vessel. The model was later extended to include the entire primary system in order to calculate the response of the whole system to

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