本教程演示了T型管道受到高溫流體影響而產(chǎn)生變形的單向流固耦合計(jì)算分析。

 1     啟動(dòng)Workbench并建立分析項(xiàng)目 

（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動(dòng)Workbench 19.2，進(jìn)入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）分別雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Analysis systems→Static Structural選項(xiàng)，即可在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A（流體）和項(xiàng)目B（固體），將項(xiàng)目A的幾何數(shù)據(jù)（A2）傳遞給項(xiàng)目B（B#），將項(xiàng)目A的結(jié)果數(shù)據(jù)（A5）傳遞給項(xiàng)目B（B5）。

 2     導(dǎo)入幾何體 

（1）在A3欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時(shí)會(huì)彈出“打開”對(duì)話框。

（2）在彈出的“打開”對(duì)話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何體文件。

 3     劃分模型網(wǎng)格 

（1）雙擊A3欄Mesh項(xiàng)，進(jìn)入Meshing界面，在該界面下進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分。

（2）右鍵選擇流體域的入口與出口，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對(duì)話框，輸入名稱inlet，outlet1和outlet2，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（3）右鍵選擇管道固體的內(nèi)表面口外表面，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對(duì)話框，輸入名稱pipe inner wall和pipe outer wall，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開始生成網(wǎng)格。

（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項(xiàng)可以在圖形窗口中查看網(wǎng)格。

（6）執(zhí)行主菜單File→Close Meshing命令，退出網(wǎng)格劃分界面，返回到Workbench主界面。

（7）右鍵單擊Workbench界面中A3 Mesh項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Update項(xiàng)，完成網(wǎng)格數(shù)據(jù)往Fluent分析模塊中的傳遞。

 4     定義流體模型 

（1）雙擊A4欄Setup項(xiàng)，打開Fluent Launcher對(duì)話框，單擊OK按鈕進(jìn)入FLUENT界面。

（2）單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板。在SolverTime中選擇Steady。

勾選Gravity，在Y中填入-9.81m/s2。

（3）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Energy按鈕，彈出Energy（能量模型）對(duì)話框，勾選Energy Equation，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對(duì)話框。

（4）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Model（湍流模型）對(duì)話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中選擇Scalable Wall Functions，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對(duì)話框。

 5     定義材料 

（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對(duì)話框。單擊Fluent Database按鈕彈出Fluent Database Materials對(duì)話框，選擇water liquid單擊Copy按鈕確認(rèn)。

（2）同（1），選擇固體材料鐵。

（3）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。設(shè)置流體域材料為水，固體域材料為鐵。

 6     邊界條件 

（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按鈕啟動(dòng)的邊界條件面板。

（2）在邊界條件面板中，雙擊設(shè)置inlet，Velocity Magnitude填入0.5。

在Thermal選項(xiàng)卡中，Temperature填入370，單擊OK按鈕確認(rèn)退出。

（3）雙擊設(shè)置pipe_inner_wall，在Thermal選項(xiàng)卡中，Thermal Condition選擇Coupled，Material Name選擇Steel。

（4）雙擊設(shè)置pipe_outer_wall，在Thermal選項(xiàng)卡中，Thermal Condition選擇Temperature，Temperature中填入300，Material Name選擇Steel。

 7     初始條件 

（1）單擊主菜單中Solve→Initialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設(shè)置）面板。

Initialization Methods中選擇Hybrid Initialization，單擊Initialize按鈕進(jìn)行初始化。

 8     流固熱耦合計(jì)算 

（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運(yùn)行計(jì)算）面板。

在Number of Time Steps中輸入500，單擊Calculate開始計(jì)算。

（2）計(jì)算收斂完成后，單擊單擊主菜單中File→Close Fluent按鈕退出FLUENT界面。

 9     設(shè)置結(jié)構(gòu)材料 

（1）雙擊B2欄Engineering Data項(xiàng)，進(jìn)入B2：Engineering Data界面，在該界面下進(jìn)行材料屬性設(shè)置。

（2）在Outline of Schematic B2：Engineering Data窗口中，右鍵空白處選擇Engineering Data Sources按鈕，彈出的“ Engineering Data Sources”窗口，單擊鼠標(biāo)左鍵選擇General Materials，在Outline of General Materials窗口中，選擇Stainless Steel單擊右側(cè)的“+”號(hào)。

（3）關(guān)閉B2：Engineering Data界面。

 10     結(jié)構(gòu)模型設(shè)置 

（1）雙擊B5欄Model項(xiàng)，進(jìn)入Static  Structural界面，在該界面下進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分和模型設(shè)置。

（2）在Geometry中，右鍵單擊流體域幾何體選擇Suppress Body禁用流體域。

（3）單擊選擇固體域，在Material中，Assignment選擇Stainless Steel。

（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項(xiàng)，依次選擇Mesh→Insert→Method，Method選擇Hex Domainant，F(xiàn)ree Face Mesh Type選擇All Quad。

（5）網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置，在Element Size中輸入2e-3，在Quality中，Smoothing選擇High。

（6）右鍵單擊模型樹中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開始生成網(wǎng)格。

（7）在工具欄單擊Inertial->Standard Earth Gravity，Direction選擇-Y。

（8）在工具欄單擊Supports->Displacement，選擇固體域中三個(gè)出入口的端面，設(shè)置位移為0。

（9）右鍵單擊模型樹中Imported Load選項(xiàng)Insert->Body Temperature，在CFD Domain中選擇solid_domain。

（10）右鍵選擇Solution，分別單擊Insert->Deformation->Total和Insert->Strain->Equivalent作為計(jì)算輸出變量。

（11）右鍵選擇Solution，單擊Slove開始計(jì)算。

（12）計(jì)算完成后，單擊Solution中的Total Displacement便可得到變形的計(jì)算結(jié)果圖。

文章來(lái)源：南流坊