Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)

本案例利用Fluent 內置雙向流固耦合FSI對液艙晃蕩仿真展開了計算,提供了一種更為便捷快速的分析方法,對不同楊氏模量的液艙內部構件進行分析,后續可以通過該案例對不同的雙向流固耦合模型展開計算分析。

1 SCDM 設置

1.1 導入幾何

本案例根據相關文獻,建立了對應的液艙幾何模型。H為0.3m,寬度B為0.45 m,液艙靜止自由液面高度h為0.09m(30%H):柔性構件的厚度b為0.005m,高度hb為0.045m(50%h),柔性構件距液艙左壁x0為0.25 m,液艙的厚度為0.0075m。其中構件底部面命名為wall3,液艙正對部分兩個面為wall-fluid1和2。構件對應的兩個面為wall1和2。構件其余面為int,其余面為wall。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖1

2 Fluent meshing 設置

2.1 網格劃分

根據幾何結構進行對應的網格劃分,交界面與柔性構件處要適當加密。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖2

3 FLUENT 設置

使用fluent內置的雙向流固耦合時不能通過workbench打開fluent!!!

3.1 General設置與網格導入

由于本文考慮了液艙晃蕩,因此必須采用瞬態計算,同時為了更為便捷的進行雙向流固耦合的動網格計算,此處采用重力加速度模擬晃蕩加速度。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖3

3.2 晃蕩加速度設置

位移振幅為0.04m、頻率為0.92Hz。對位移進行多次求導,即可獲得加速度公式,具體公式如下:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖4

詳情可以參考上篇文章Fluent VOF罐體晃動(一)

3.3 材料設置

由于是對液艙晃蕩問題展開仿真,因此需要采用水和空氣兩種材料,因此需要添加以下材料。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖5

柔性構件則直接選擇默認鋁材料,只需調整楊氏模量即可。

3.4 模型設置

此處需要進一步打開VOF模型。VOF模型相關設置如下圖所示。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖6

為進行流固耦合計算,需要進一步打開結構模型,具體設置如下:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖7

3.5 初始化設置

此處需要進行動網格設置,首先打開光順和重構,并進行高級設置。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖8

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖9

對流固耦合交界面進行耦合設置:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖10

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖11

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖12

整體設置如下:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖13

5.6 初始化設置

此處對雙向流固耦合的另一個面進行耦合設置,并將柔性構件底部邊設置為固定邊界。具體設置如下圖:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖14

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖15

5.6 初始化設置

VOF初始化設置一般采用標準初始化,需要對不同的區域展開初始化。分配不同的材料。

此處按照幾何圖對不同區域進行初始化。

相關初始化設置如下圖。

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖16

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖17

5.4 計算設置

此處進行的計算設置如下:

Fluent 內置雙向流固耦合FSI 液艙晃蕩仿真計算(一)的圖18

6 后處理結果

6.1 后處理云圖結果

此處對不同模量的方案進行了耦合計算,相關動畫結果如下圖所示。

不同模量雙向耦合后水平方向位移運動結果云圖:

不同模量雙向耦合后液艙運動結果云圖:

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