本教程演示了如何使用Workbench的System Coupling模塊來實現Fluent和Mechanical之間雙向流固耦合計算。

 1     啟動Workbench并建立分析項目 

（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）分別雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Transient Structural，Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Component systems→System Coupling選項，即可在項目管理區創建分析項目A（固體），項目B（流體）和項目C（耦合計算），將項目A的幾何數據（A3）傳遞給項目B（B2），將項目A的結果數據（A6）傳遞給項目B（B6），將項目A的計算設置數據（A5）和項目B（B4）的計算設置數據都傳遞給項目C（C2）。

 2     設置結構材料 

（1）雙擊A2欄Engineering Data項，進入A2：Engineering Data界面，在該界面下進行材料屬性設置。

（2）在Outline of Schematic A2：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，單擊鼠標左鍵選擇General Materials，在Outline of General Materials窗口中，選擇Polyethylene單擊右側的“+”號。

（3）關閉A2：Engineering Data界面。

 3     導入幾何體 

（1）在A3欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。

（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。

 4     結構模型設置 

（1）雙擊A4欄Model項，進入Transient Structural界面，在該界面下進行模型的網格劃分和模型設置。

（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Polyethylene。

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

（5）單擊選擇Analysis Settings，Step End Time中填入0.5s，Auto Time Stepping選擇Off，Time Step填入1e-3。

（6）在工具欄單擊Loads->Fluid Solid Interface，選擇固體域中與流體域接觸的10個面。

（7）在工具欄單擊Supports->Fix Support，選擇固體域中兩個固定的端面。

（8）在工具欄單擊Loads->Force，選擇下方固體域中的一個受力面。在X Component中設置隨時間變化的周期性力。

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

（10）執行主菜單File→Close Mechanical命令退出，返回到Workbench主界面。

 5     劃分流體模型網格 

（1）雙擊B3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。

（2）在Geometry中，右鍵單擊固體域幾何體選擇Suppress Body禁用固體域。

（3）右鍵選擇與固體域相連的壁面，在快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱fluid-structure，單擊OK按鈕確認。

（4）分別右鍵選擇流體域兩端，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。

（5）設置網格尺寸為5e-4m。在Quality中，Smoothing選擇High。

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

（7）網格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網格。

（8）執行主菜單File→Close Meshing命令，退出網格劃分界面，返回到Workbench主界面。

（9）右鍵單擊Workbench界面中B3 Mesh項，選擇快捷菜單中的Update項，完成網格數據往Fluent分析模塊中的傳遞。

 6     定義流體模型 

（1）雙擊A4欄Setup項，打開Fluent Launcher對話框，單擊OK按鈕進入FLUENT界面。

（2）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在SolverTime中選擇Transient。

 7     定義流體材料 

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

（2）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。設置計算域材料為水。

 8     設置動網格 

（1）單擊主菜單中Setting Up Domain→Mesh Models→Dynamic Mesh按鈕啟動的Dynamic Mesh對話框，選擇Smoothing，Layering和Remeshing，單擊Settings按鈕彈出Mesh Method Settings對話框。

在Smoothing選項卡中，Method選擇Linearly Elastic Solid，Passion’s Ratio填入0.35。

在Layering選項卡中，Option選擇Ratio Based。

在Remeshing選項卡中，Remeshing Method選擇全部參數，在Parameters中單擊Default按鈕選擇默認值，單擊OK按鈕確認退出。

（2）在Dynamic Mesh對話框中，單擊Create/Edit按鈕，打開Dynamic Mesh Zones對話框，在Zones Names中選擇fluid-structure，Type選擇System Coupling，單擊Create按鈕。

 9     邊界條件 

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

（2）在邊界條件面板中，雙擊設置inlet，Velocity Magnitude填入1，單擊OK按鈕確認退出。

（3）oulet的Type選擇為outlet。

 10     初始條件 

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

Initialization Methods中選擇Hybrid Initialization，單擊Initialize按鈕進行初始化。

 11     計算設置 

（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。

在Time Step Size中輸入0.001，在Number of Time Steps中輸入100，單擊Calculate開始計算。

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

 12     耦合計算設置 

（1）雙擊C2欄Setup項，進入C：System Coupling界面。

（2）單擊Setup中Analysis Settings按鈕，在End Time中填入0.5，Step Size填入0.001。

（3）同時選擇fluid-structure和Fluid Solid Interface，右鍵單擊Create Data Transfer按鈕，創建流固數據鏈接。

單擊Setup中Analysis Settings按鈕，在End Time中填入0.5，Step Size填入0.001。

（4）右鍵Solution單擊Update按鈕，開始計算。

 13     結果后處理 

（1）雙擊B6欄Results項，進入CFD-Post界面。

（2）單擊任務欄中 Location→ Plane按鈕，彈出Insert Plane（創建平面）對話框，保持平面名稱為“Plane 1”，單擊OK按鈕進入Plane（平面設定）面板。

（3）在Geometry（幾何）選項卡中Method選擇ZX Plane，Y坐標取值設定為0.004，單位為m，單擊Apply按鈕創建平面。

（4）單擊任務欄中 （云圖）按鈕，彈出Insert Contour（創建云圖）對話框。輸入云圖名稱為“Vec”，單擊OK按鈕進入云圖設定面板。

（5）在Geometry（幾何）選項卡中Locations選擇Plane 1，Variable選擇Velocity，單擊Apply按鈕創建速度云圖。

（6）單擊任務欄中 （云圖）按鈕，彈出Insert Contour（創建云圖）對話框。輸入云圖名稱為“Displacement”，單擊OK按鈕進入云圖設定面板。

（7）在Geometry（幾何）選項卡中Locations選擇Default Boundary，Variable選擇Total Mesh Displacement，單擊Apply按鈕創建位移云圖。

來源：南流坊

作者： 楠胖