搜索FLUENT流固耦合分析實例：System Coupling模塊
2016-08-16 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本,在該版本中,加入了一個新的模塊System Coupling,目前只能用于fluent與ansys mechanical的雙向流固耦合計算。官方文檔中有介紹說以后會逐漸添加對其它求解器的支持,不過這不重要,重要的是現在FLUENT終于可以不用借助第三方軟件進行雙向流固耦合計算了,個人認為這是新版本一個不小的改進。
說明:本例只應用于FLUENT14.0以上版本。
模塊及數據傳遞方式如下圖所示。
一、幾何準備
流固耦合計算的模型準備與單獨的流體計算不同,它需要同時創建流體模型與固體模型。在geometry模塊中同時創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。
由于流體計算中需要進行動網格設置,因此推薦使用四面體網格。當然如果擋板剛度很大網格變形很小時,可以使用六面體網格,劃分六面體網格可以先將幾何進行slice切割。這里對流體區域網格劃分六面體網格,固體域同樣劃分六面體網格。
二、流體部分設置
1、網格劃分
雙擊B3單元格,進入meshing模塊進行網格劃分。禁用固體部分幾何。設定各相關部分的尺寸,由于固體區域幾何較為整齊,因此在切割后只需設定一個全局尺寸即可劃分全六面體網格。這里設定全局尺寸為1mm。劃分網格后如下圖所示。
2、進行邊界命名,以方便在fluent中進行邊界條件設置
設置左側面為速度進口velocity inlet,右側面為自由出流outflow,上側面為壁面邊界wall_top,正對的兩側面為壁面邊界wall_side1與wall_side2(這兩個邊界在動網格設定中為變形域),設定與固體交界面為壁面邊界(該邊界在動網格中設定為system coupling類型)。
操作方式:選擇對應的表面,點擊右鍵,選擇菜單create named selection,然后輸入相應的邊界名稱。注意:FLUENT會自動檢測輸入的名稱以使用對應的邊界類型,當然用戶也可以在fluent進行類型更改。完成后的樹形菜單如下圖所示。
本部分操作完畢后,關閉meshing模塊。返回工程面板。
3、進入fluent設置
FLUENT主要進行動網格設置。其它設置與單獨進行FLUENT仿真完全一致。
設置使用瞬態計算,使用K-Epsilon湍流模型。
這里的動網格主要使用彈簧光順處理(由于使用的是六面體網格且運動不規律),需要使用TUI命令打開光順對六面體網格的支持。使用命令/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。
動態層技術與網格重構方法在六面體網格中失效。因此,建議使用四面體網格。我們這里由于變形小,所以只使用光順方法即可滿足要求。
點擊Dynamic mesh進入動網格設置面板。如下圖所示,激活動網格模型。
4、smoothing參數
使用彈簧光順方法。設置參數彈簧常數0.6,邊界節點松弛因子0.6。如下圖所示。
5、運動區域設置
主要包括三個運動區域:流固耦合面、兩側的面。其中流固耦合面運動方式為system coupling,兩側壁面運動類型為deforming。設置最小網格尺寸0.8,最大網格尺寸1.5,最大扭曲率0.6。如下圖所示(點擊查看大圖)。
6、其它設置
包括求解控制參數設置、動畫設置、自動保存設置、初始化設置、計算時間步及步長設置等。與單獨FLUENT使用沒有任何差異。迭代參數設置如下圖所示。
關閉FLUENT,返回工程面板。
三、固體部分設置
1、材料設置
雙擊C2單元格進入固體材料設置。這里保持默認的結構鋼。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存在大的位移,在流體求解器中動網格設置時需要加以關注。
點擊retrun to project回到工程面板。
2、網格劃分及進行約束
雙擊C4單元格進入固體網格劃分模塊。設定網格尺寸1mm劃分網格。
添加流固耦合面及固定邊界約束。
設置分析參數,時間步長設置為0.01s,總時間為1s。如下圖所示。
設置完畢后,關閉DS返回工程面板。右鍵單擊C5單元格,選擇update進行更新。
四、System Coupling設置
1、設置時間耦合
雙擊D2單元格,進入System Coupling面板。點擊Analysis Settings,如左下圖所示。
在彈出的面板中設置end time為1s,設置step size為0.01s,如右上圖所示。
2、設置耦合面
點選ctrl的同時選擇固體與流體中的耦合面名稱,點擊右鍵,創建流固耦合面。如下圖所示。
點擊Co-Sim. sequence單元格,在彈出的編輯面板中設置各求解器的啟動順序。設置fluent為1,Transient為2。如下圖所示。
3、進行流固耦合計算
通過點擊工具欄上的Update Project按鈕進行流固耦合計算。
五、視頻演示
本文的作者還提供了相應的視頻演示和講解,如果需要可以自行查看。
視頻地址:http://v.youku.com/v_show/id_XMzUyNjM0MDY0.html
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