單向耦合仿真的案例
FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算
在FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動(dòng)的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統(tǒng)中固體區(qū)域運(yùn)動(dòng)控制方程，并將計(jì)算得到的邊界運(yùn)動(dòng)位移以動(dòng)網(wǎng)格形式更新流場(chǎng)的邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)雙向流固耦合仿真。其實(shí)，在最新的Fluent19中，線(xiàn)彈性求解模塊已經(jīng)是內(nèi)嵌模塊，建立并求解流固耦合問(wèn)題可以更加方便，只要定義固體材料區(qū)域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時(shí)獲得結(jié)構(gòu)最終位移和流場(chǎng)壓力及速度分布。
固體區(qū)域設(shè)置
流固耦合界面設(shè)置
仿真計(jì)算結(jié)果
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展開(kāi) FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十八：基于Fluent19的雙流固耦合仿真計(jì)算 ￥9
基于Fluent19的雙流固耦合仿真計(jì)算
在FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算中，介紹了基于FLUENT19線(xiàn)彈性求解模塊的單向流固耦合仿真內(nèi)容。其實(shí)，雙向流固耦合的仿真也能在FLUENT19完全實(shí)現(xiàn)。本算例為管道內(nèi)垂直襟翼在湍流激勵(lì)下的變形計(jì)算，并且啟用FLUENT的結(jié)構(gòu)模型來(lái)模擬由于流體流動(dòng)而導(dǎo)致的襟翼變形。由于襟翼的變形量足夠大，必須采用雙向流固耦合(FSI)仿真方法。也就是說(shuō)，流體的流動(dòng)影響結(jié)構(gòu)的變形，反過(guò)來(lái)，結(jié)構(gòu)的變形也嚴(yán)重影響流體的流動(dòng)狀態(tài)。本算例中Fluent將執(zhí)行所有的結(jié)構(gòu)計(jì)算(而不是使用單獨(dú)的結(jié)構(gòu)程序)，并耦合流場(chǎng)仿真計(jì)算，因而是雙向流固耦合仿真。界面區(qū)域局部網(wǎng)格
固體區(qū)域設(shè)置和流固耦合界面設(shè)置與單向耦合是完全一致的
增加的為動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置(也就是結(jié)構(gòu)變形對(duì)流場(chǎng)的反饋?zhàn)饔靡詣?dòng)網(wǎng)格算法實(shí)現(xiàn)的動(dòng)邊界體現(xiàn)）
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展開(kāi) 農(nóng)業(yè)機(jī)械清選仿真-Fluent-RockyDEM單向耦合
最近嘗試了Fluent與Rocky DEM單向耦合，記錄下使用的心得。Rocky DEM被Ansys收購(gòu)之后，它們之間的耦合幾乎無(wú)需復(fù)雜的配置了，RockyDEM安裝上即可實(shí)現(xiàn)和Fluent的耦合。這里有一個(gè)雙層篩的清選段模型，出口裝有風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量為12000m3/h。右上入口落入原糧、清雜（包含長(zhǎng)短不一的水稻莖稈），其中原糧占混合物總重的97.5%；右側(cè)通道中有一料滾以52rpm的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，用以控制下落原糧的產(chǎn)量。按設(shè)計(jì)意圖，幾乎所有原糧應(yīng)進(jìn)入下方的雙層篩部分（未建模部分）進(jìn)行篩選，可能有一定量的混合物由于雙層篩的振動(dòng)加上風(fēng)機(jī)作用到達(dá)左側(cè)通道入口，且其中會(huì)有部分莖稈進(jìn)入清選腔。設(shè)計(jì)希望盡可能所有清雜進(jìn)入清選腔并最終在腔低被收集，且盡可能不從出口飛出。
為演示起見(jiàn)，這個(gè)案例采用穩(wěn)態(tài)CFD和離散元單向耦合。首先在SpaceClaim中刪去一些細(xì)微特征以保證后續(xù)得到質(zhì)量較高的網(wǎng)格。模型關(guān)于xy平面對(duì)稱(chēng)，為減少計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量，在抽取流體域之后取1/2模型為計(jì)算區(qū)域。同時(shí)在料滾周?chē)鷦?chuàng)建一個(gè)圓柱作為MRF(Multi-Reference Frame)方法的空氣旋轉(zhuǎn)域和靜止域的邊界，后續(xù)將在旋轉(zhuǎn)域中使用一個(gè)轉(zhuǎn)速為52rpm的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。最后將旋轉(zhuǎn)與和靜止域之間進(jìn)行共享拓?fù)洌_保網(wǎng)格共節(jié)點(diǎn)。模型需要給各個(gè)邊界設(shè)置Name-Selcetion，詳見(jiàn)評(píng)論區(qū)鏈接中scdoc文件，該模型已經(jīng)被處理成1/2封閉幾何模型，需要用SpaceClaim2021R2或更高的版本打開(kāi)。
在Fluent-Meshing中以skewness≤0.8為標(biāo)準(zhǔn)生成面網(wǎng)格，面網(wǎng)格最大尺寸34.2mm，最小尺寸2.1mm，并施加全局曲率細(xì)化控制和鄰近細(xì)化控制。
展開(kāi) Maxwell與ANSYS Icepak單向耦合仿真
使用Maxwell和Icepak軟件，對(duì)某一模型的電磁渦流效應(yīng)進(jìn)行了電磁-熱流單向耦合模擬計(jì)算
單向耦合：在Maxwell中對(duì)模型進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置并進(jìn)行了相應(yīng)的求解計(jì)算；將Maxwell的幾何模型通過(guò)DesignModeler導(dǎo)入Icepak，在Icepak中進(jìn)行熱流分析的各種設(shè)置，并進(jìn)行求解計(jì)算，得到模型的溫度分布
極致仿真 卓越設(shè)計(jì)
來(lái)源：中潤(rùn)漢泰
在流體仿真中使用單向耦合方法的優(yōu)勢(shì)
然而，并不總是需要包括兩個(gè)方向的相互作用(例如，對(duì)流熱傳遞和流場(chǎng)的溫度依賴(lài)性)，可以考慮單向耦合。這樣做可能會(huì)大大降低計(jì)算成本，而對(duì)求解精度的影響可以忽略不計(jì)。這篇文章我們將展示在 COMSOL Multiphysics? 中考慮單向耦合的優(yōu)勢(shì)。
單向耦合方法的優(yōu)勢(shì)
在運(yùn)行多物理場(chǎng)仿真時(shí)，如果一個(gè)物理過(guò)程對(duì)另一個(gè)物理過(guò)程的影響與求解的精度要求相比可以忽略不計(jì)，那么就可以節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間。在這種情況下，我們可以在第一個(gè)研究步驟中對(duì)一個(gè)物理場(chǎng)接口進(jìn)行計(jì)算，然后將結(jié)果作為第二個(gè)研究步驟中求解的第二個(gè)物理場(chǎng)幾口的輸入，這在 COMSOL Multiphysics 中是很容易做到的。
以非等溫流動(dòng)為例，我們首先計(jì)算流場(chǎng)，并將其作為傳熱問(wèn)題的輸入。我們不是求解一個(gè)雙向耦合問(wèn)題(流動(dòng) ? 傳熱)，而是求解一個(gè)更簡(jiǎn)單的單向耦合問(wèn)題(流動(dòng)→傳熱)。如果流場(chǎng)的解可以多次重復(fù)使用，那么計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存的減少甚至更高；例如，當(dāng)對(duì)同一流場(chǎng)進(jìn)行不同傳熱條件的參數(shù)化研究時(shí)。
單向耦合方法可以應(yīng)用于所有類(lèi)型的流體流動(dòng)，包括湍流狀態(tài)和多孔介質(zhì)中的流動(dòng)。只要耦合較弱，也可以將這種技術(shù)應(yīng)用于任何平流場(chǎng)；例如，稀溶液中的化學(xué)物質(zhì)傳輸。
還有一些其他的多物理場(chǎng)耦合的情況，這種方法也適用；例如，傳熱和結(jié)構(gòu)力學(xué)之間的耦合引起的熱膨脹。在這種情況下，我們可以先計(jì)算溫度場(chǎng)，并將它作為力學(xué)分析的輸入，前提是變形對(duì)溫度場(chǎng)的影響可以忽略不計(jì)。
單向耦合方法有效性的重要標(biāo)準(zhǔn)是，第二個(gè)計(jì)算的物理現(xiàn)象對(duì)第一個(gè)計(jì)算的物理現(xiàn)象的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于分析所需的精度。例如對(duì)于非等溫流動(dòng)，我們必須檢查由溫度變化引起的密度和黏度的變化是否足夠小，以使它們對(duì)流場(chǎng)的影響落在分析的精度限制之內(nèi)。建議在單向耦合的情況下，將流動(dòng)的平均溫度作為密度和黏度的參考溫度。
展開(kāi) 淺談多物理場(chǎng)仿真技術(shù)中的單向耦合
張楊
安世亞太北京分公司
隨著計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展，大規(guī)模仿真和復(fù)雜模型的計(jì)算效率得到大大提升，因此多物理場(chǎng)耦合技術(shù)也越來(lái)越多的應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程之中。對(duì)于仿真工程師而言，掌握多物理場(chǎng)仿真的基本方法，已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主旋律。
對(duì)于不同的物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，我們通常需要采用不同的數(shù)值耦合方式進(jìn)行仿真。如下圖所示，對(duì)于常見(jiàn)的多物理場(chǎng)仿真計(jì)算，主要根據(jù)耦合的強(qiáng)弱程度分為四個(gè)計(jì)算場(chǎng)景：單向耦合（順序耦合）、雙向顯式耦合、雙向隱式耦合、完全耦合。
圖 1 多物理場(chǎng)耦合的幾種場(chǎng)景
單向耦合技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景
對(duì)于物理場(chǎng)景中耦合需求并不強(qiáng)烈的問(wèn)題（比如共軛換熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，或者小形變問(wèn)題等），我們都應(yīng)該采用單向耦合，或者叫順序耦合。這一類(lèi)耦合技術(shù)的特點(diǎn)是仿真計(jì)算結(jié)果的輸出與加載帶有明顯順序性；同時(shí)，單向耦合計(jì)算也都默認(rèn)這一規(guī)則：下游的仿真計(jì)算結(jié)果不會(huì)對(duì)上游的計(jì)算產(chǎn)生任何影響。
展開(kāi) 338-管道傳熱單向流固耦合（Fluent-Static Structral）仿真
一、流體網(wǎng)格劃分設(shè)置
圖1 流體仿真網(wǎng)格
圖2 網(wǎng)格設(shè)置（Size Function使用Proximity and Curvature，其它默認(rèn)）
二、FLUENT仿真設(shè)置
圖1 求解器設(shè)置（壓力基求解器，穩(wěn)態(tài)計(jì)算）
圖2 開(kāi)啟能量方程
圖3 湍流模型設(shè)置
圖4 流體材料屬性設(shè)置
圖5 固體材料屬性設(shè)置
圖6 固體域設(shè)置
圖7 流體域設(shè)置
圖8 入口設(shè)置
圖9 出口設(shè)置
圖10 外殼換熱條件設(shè)置
圖11 求解方式設(shè)置（開(kāi)始使用默認(rèn)，計(jì)算一定步數(shù)后均改為二階迎風(fēng)——即圖中所示）
圖12 松弛固子設(shè)置
圖13 初始化設(shè)置（從入口開(kāi)始計(jì)算）
三、靜力學(xué)仿真設(shè)置
圖1 使用默認(rèn)網(wǎng)格設(shè)置
圖2 約束設(shè)置（將兩端設(shè)置為固定約束）
圖3 流體載荷導(dǎo)入（使用Imported Load選項(xiàng)導(dǎo)入流體壓力和溫度載荷）
基本結(jié)果
展開(kāi) EDEM與SimSolid單向靜力耦合 ￥20
1 前言
在農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研發(fā)工作中，時(shí)常會(huì)遇到如何在顆粒離散元和結(jié)構(gòu)靜力學(xué)之間進(jìn)行耦合的問(wèn)題。市場(chǎng)上已有一些解決方案，其中離散元軟件EDEM作為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率最大的軟件，和它的多物理場(chǎng)耦合方案受到更多關(guān)注。這里我就以一個(gè)簡(jiǎn)單的出倉(cāng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明EDEM和無(wú)網(wǎng)格有限元軟件SimSolid之間的單向靜力耦合流程。所謂單向靜力耦合，指先由EDEM計(jì)算離散元，離散元計(jì)算得到的顆粒對(duì)有限元模型的接觸力和力矩單向傳遞給有限元結(jié)構(gòu)，作為有限元的載荷條件，最后計(jì)算出有限元的位移、應(yīng)力等。由于結(jié)構(gòu)是靜力學(xué)分析，因此有限元結(jié)構(gòu)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，不會(huì)反過(guò)來(lái)影響顆粒的位置，所以這個(gè)過(guò)程是從離散元到有限元單向進(jìn)行的。
出倉(cāng)機(jī)和糧倉(cāng)模型如下，工作原理是在糧倉(cāng)堆積一定物料后，出倉(cāng)機(jī)的絞龍圍繞中心進(jìn)行一定速度的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，將倉(cāng)內(nèi)物料由下方出口清出。當(dāng)然在這里為了演示縮短時(shí)間，僅計(jì)算艙內(nèi)堆積了一定高度之后出倉(cāng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下所受的物料的力。糧倉(cāng)上面為敞口的。
出倉(cāng)機(jī)模型
出倉(cāng)機(jī)和糧倉(cāng)
2 EDEM計(jì)算設(shè)置
打開(kāi)EDEM后，右擊Creator Tree中的Geometries，選擇Import Geometry。
選擇提供的parasolid格式的CAD模型，點(diǎn)擊打開(kāi)。
在幾何導(dǎo)入?yún)?shù)中，保持默認(rèn)即可，點(diǎn)擊OK。
導(dǎo)入后發(fā)現(xiàn)圖形界面出現(xiàn)了幾何模型。展開(kāi)Geometries，為了便于管理眾多的部件，選擇除了valve和container之外的所有部件，右鍵，并選擇Merge Geometry。
展開(kāi) ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計(jì)算，通常用于考慮流體與固體間存在強(qiáng)烈的相互作用時(shí)，對(duì)流體流場(chǎng)與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計(jì)算按數(shù)據(jù)傳遞方式可分兩類(lèi)：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數(shù)據(jù)只從流體計(jì)算傳遞壓力到固體，或者只從固體計(jì)算傳遞網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位移到流體。雙向耦合則在每一時(shí)刻都同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計(jì)算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計(jì)算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算。我們這里來(lái)舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的單向耦合例子：風(fēng)吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計(jì)，固體變形對(duì)流場(chǎng)影響可以忽略，所考慮的是流體壓力作用在固體上，固體的應(yīng)力分布。當(dāng)然這里的壓力可以換成溫度等其他物理量。
1新建工程
注意是從Fluent →Static Structure。連接圖如1所示。
圖1 工程關(guān)系
圖2 進(jìn)入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進(jìn)入Fluent中的DM進(jìn)行模型創(chuàng)建，如圖2所示。流固耦合計(jì)算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時(shí)具有流體和固體模型，而且流體計(jì)算中只能有流體模型，固體計(jì)算中只能有固體模型。建好后的模型如圖3，4，5所示。由于固體模型需要從這里導(dǎo)入，所以我們保留固體與流體模型。
展開(kāi) DEM與fluent單向耦合
DEM與fluent單向耦合
FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
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(kāi)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(kāi)”對(duì)話(huà)框。
（2）在彈出的“打開(kāi)”對(duì)話(huà)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(huà)框，輸入名稱(chēng)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(huà)框，輸入名稱(chēng)pipe inner wall和pipe outer wall，單擊OK按鈕確認(rèn)。
展開(kāi) 
FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
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(kāi)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(kāi)”對(duì)話(huà)框。
（2）在彈出的“打開(kāi)”對(duì)話(huà)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(huà)框，輸入名稱(chēng)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(huà)框，輸入名稱(chēng)pipe inner wall和pipe outer wall，單擊OK按鈕確認(rèn)。
展開(kāi) Fluent與Structure單向瞬態(tài)耦合流程的實(shí)現(xiàn)
Fluent與Structure單向瞬態(tài)耦合流程的實(shí)現(xiàn).docx
原本在ANSYS Workbench中，單向流固耦合僅限于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳遞，即導(dǎo)入到Structure中的數(shù)據(jù)為某一時(shí)刻的data數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)刻的數(shù)據(jù)輸入。近期ANSYS Workbench開(kāi)發(fā)了新的Workbench ACT插件，借助CFD-POST的Macros Calculator功能來(lái)實(shí)現(xiàn)流固耦合的單向瞬態(tài)數(shù)據(jù)傳遞。
完整內(nèi)容請(qǐng)下載word文檔查看
CFX-static structural單向流固耦合
我用CFX-static structural做單向流固耦合，但將流體分析得到的壓力加到管道上時(shí)，有一塊區(qū)域與其他不一樣，怎么回事？
Fluent與Structure單向瞬態(tài)耦合流程的實(shí)現(xiàn)
原本在ANSYS Workbench中，單向流固耦合僅限于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳遞，即導(dǎo)入到Structure中的數(shù)據(jù)為某一時(shí)刻的data數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)刻的數(shù)據(jù)輸入。近期ANSYS Workbench開(kāi)發(fā)了新的Workbench ACT插件，借助CFD-POST的Macros Calculator功能來(lái)實(shí)現(xiàn)流固耦合的單向瞬態(tài)數(shù)據(jù)傳遞。
目前插件支持的版本在ANSYS R17及更高版本。如需要插件，請(qǐng)聯(lián)系我們。
一． 插件安裝流程
1）首先將插件CFD Post Macros_V03文件夾中的文件“CFX_FSI_IOWrite.cse” and “CFX_FSI_IORead.cse”復(fù)制到ANSYS的安裝路徑下，如“C:\Program Files\ANSYS Inc\v170\CFD-Post\etc\PostReports”和“C:\ProgramFiles\ANSYS Inc\v170\CFX\etc\PostReports”；
2）其次在Workbench界面，Extensions—》Install Extensions，選擇插件文件夾bin中的FSI-Transient-V170.4.wbex插件；
打開(kāi)插件文件
3）然后點(diǎn)擊Manage Extensions打開(kāi)Extensions Manager，選擇FSI-Transient右鍵加載，并設(shè)定為default；
加載插件
4） 加載完成后，在Structure工具中會(huì)出現(xiàn)如下選項(xiàng)。
展開(kāi) 