双向流固耦合实例

1、1 / 7 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。 ANSYS 14.0 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。 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

2、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。 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

3、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 o划分网格后如下图所示。 &5-tefnCc-Lpln3 FIcrttFlU&fT 2 / 7 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

4、 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 fluent进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。 fll Project 富| Model (B3) - GeomEtry +i 曲 L x / Solid - /束 Coordinate Systems /哪 Connections 白.囊 Mesh Dominant Method 3-配 Nemed Selections - veloatyjnit ou

5、tflow waJI_side_hr /匐匐 wall_sidejz /金 wall_top Aalls 本部分操作完毕后，关闭 meshing 模块。返回工程面板。 3、进入 fluent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-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

6、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 Mesh V Mesh 火新 Methods Stem， 3 / 7 L1WF19 Remcshhc ZlWCvWei DOF Innpldt Update St t丽由., 1 M村h 削 M RMai xhd rUd ysixr Usuplng 口网 h#v - nffei niiig 心 Eids Jz - Deft,nrinH3 匚rtajEdu. nfct ItT N I Oispav Z

7、ant Mabon” -dim ucjh N。*,. i-tlp 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 | Methcc i Sprng/_aDlflr#oudsty La/#* Dixson Farameterf 5、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 system coupling ，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

8、（点击查看大图）。4 / 7 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。5 / 7 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

9、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。 Numljcr Of 1 Current dumber 1 tep Erd Time 1 AutoTime Stepping Cff Tii* Time IC-ODZS Time rf&g rad-cr On CerrtTial. Silver Type Pregrom Controlled WeakSprrgs; Program Control IM jrye Dtflleitdl Oil _ 设置完毕后，关闭 DS返回工程面板。右键单

10、击 C5 单元格，选择 update进行更新 6 / 7 三、System Coupling 设置7 / 7 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 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 zK o 2 =1 /it Scg 3 Anai/ss Settri 0 曰 0 PalMJatb 面,景 5 日B RijiFfcwFlBTj

11、 冒点国.翅 Limted疝a _ 日 义 9 _ twm _ all _side Jz 脆 lljtnp 11 O flud 12 E 巨？ Tranaient Structijral 13 曰 O Regiors 15 kjy FIQI jmeruKE jO DalflTfcnMfei， T+I Lraate Data rsrsfer 16 Ed 日 LKeoutor Cantxd DMxrd Al CdlapsE All 17 :Cs-Sin. SeqiLercE 18 日 Debug Output 1? 目 Irtff * j4leR ul; tt CLtut 点击 Co-Sim. s

12、equence 单元格，在弹出的编辑面板中设置各求解器的启动顺序。设置 fluent 为 1 , Transient 为 2。如下图所示。 A B 1 Parti apart Stquei KE 2 Flijd Aow 促囱5 i _d 3 Tran&snt STUctural 2 _d A 1 曰 Ol Syoberr Couptng 2 日 Setup 3 Analysis Setcngs 4 一 t-J1 PartiaDante R 明 FhlidFlcw (FLUEI S 6 曰 _J Rjegiont 7 vvall_9de_hi 8 wall_adejz 9 中 wall_bp 1C $1 wdla 11 wall-salid-flud A 1 Mwrtv C3U|lin