ansys流熱固耦合分析的案例
ansys流固耦合分析與工程實例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
ANSYS流固耦合簡介
ANSYS 很早便開始進行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當成熟，可以通過或者不通過第三方軟件(如 MPCCI)實現(xiàn) ANSYS Mechanical APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。
從算法上講，ANSYS(也包括其他大型商業(yè)軟件)主要采用分離解法也就是載荷傳遞法求解流固耦合問題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：單向流固耦合分析(oneway coupling 或 unidirectional coupling)和雙向流固耦合分析(twoway coupling 或bidirectional coupling)。
展開 ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習三通管道的三維模型處理
2、學習三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學習三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學習三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強烈的相互作用時，對流體流場與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計算按數(shù)據(jù)傳遞方式可分兩類：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數(shù)據(jù)只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網(wǎng)格節(jié)點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進行單向流固耦合計算。我們這里來舉一個最簡單的單向耦合例子：風吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計，固體變形對流場影響可以忽略，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 進入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進入Fluent中的DM進行模型創(chuàng)建，如圖2所示。流固耦合計算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時具有流體和固體模型，而且流體計算中只能有流體模型，固體計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 最近在學ansys熱分析，在流固耦合分析處卡住了，先把自己整理的資料分享給大家
我自己是沒學下樣子，希望能幫到需要的人
ANSYS 流固耦合分析實例.pdf
ANSYS流體與熱分析耦合場分析典型工程實例(word版本).pdf
基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
迭代耦合
迭代耦合，主要通過兩個不同的求解器完成不同場的變量求解，然后通過一個數(shù)據(jù)映射模塊，再考慮場之間耦合的一種方法。該方法適用于流-固耦合計算，流-熱耦合計算。該種方法，流體的求解主要通過Fluent完成，結(jié)構(gòu)的求解可以使用結(jié)構(gòu)模塊或結(jié)構(gòu)熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數(shù)據(jù)交換模塊稱為系統(tǒng)耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統(tǒng)耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統(tǒng)耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統(tǒng)。流固耦合計算中，主要通過系統(tǒng)耦合器交換流體壓力與結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數(shù)據(jù)交換。
圖4 基于系統(tǒng)耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統(tǒng)耦合器的流熱耦合計算
如圖6所示，給出了迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射無誤差曲線，默認的數(shù)據(jù)映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射誤差曲線
展開 FLUENT流-固-熱耦合分析
FLUENT流-固-熱耦合分析
ANSYS FLUENT軟件自V2019版本起，新增了Structure結(jié)構(gòu)求解功能，能夠基于Fluent軟件進行簡單模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形分析，具備線性及非線性結(jié)構(gòu)分析功能。本案例基于ANSYS FLUENT 2020R1進行管道閥門流-固-熱三場耦合分析。
1 模型描述
如圖所示尺寸的三維管道模型，管道模型中存在4個簡化的閥瓣模型，給定管道入口氣體流速為10m/s，閥板內(nèi)給定體積熱源為2000000w/m^3；
閥瓣模型材料參數(shù)：
密度：2700kg/m^3；
比熱：871J/kg.K；
熱傳導(dǎo)系數(shù)：202W/m^2.K；
楊氏模量：2.5E7Pa；
泊松比：0.37；
2 網(wǎng)格劃分
本案例網(wǎng)格基于ANSYS ICEM CFD進行全六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格如下圖所示：
流體區(qū)域：480000六面體網(wǎng)格；
固體區(qū)域：3800六面體網(wǎng)格。
3 FLUENT求解設(shè)置
求解計算分兩步完成，首先不考慮結(jié)構(gòu)變形對流體-固體進行穩(wěn)態(tài)共軛傳熱分析，然后基于上一步仿真計算結(jié)果考慮流固耦合作用實現(xiàn)瞬態(tài)流-固-熱耦合仿真分析。
3.1流固共軛傳熱仿真
? 啟動FLUENT軟件，利用菜單File>>Read case….打開文件對話框，讀入網(wǎng)格文件vavle_test.msh；新版本顯式界面如下：
? 新版本的FLUENT軟件默認選擇k-w sst湍流模型，本案例不做修改；
? 激活能量方程
? 邊界條件設(shè)置
1）固體區(qū)域熱源：2000000W/m^3；選擇對應(yīng)的固體區(qū)域，勾選source terms加載能量源項。
展開 OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側(cè) ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側(cè)
涉及流固耦合（對流、輻射）的熱分析
材料性質(zhì)：
固體：銅：導(dǎo)熱系數(shù)k=400，比熱c=400，密度8890。（單位：SI）
流體：空氣
3. 邊界條件
銅母線生熱率：12960w/m3
銅外殼生熱率：8909w/m3
銅外殼外側(cè)與空氣對流換熱：hc= 4w/(m2*K), T,ambient = 313 K
銅外殼外側(cè)的熱輻射率：emissivity=0.85
銅母線、銅外殼內(nèi)側(cè)的熱輻射率均為 0.85
重力y軸負向：9.8
幾何圖形見下圖(單位：m)
4.附檔
4.a gambit網(wǎng)格
simwe_thermal_gambit_mesh.rar
4.b icemcfd project file
simwe_tube_icemcfd_project.rar
4.c icemcfd mesh for cfx
simwe_tube_icem10_mesh.rar
4.d ansys_mesh file
ansys_mesh file.rar
用openoffice calc, 簡單計算的資料
(上方是基本參數(shù)資料, 下左框是 for absorption =1, 下右框是 for absorption =0.85
在表中所設(shè)的管長是1.00 meter, 但是在icemcfd and ansys 網(wǎng)格中的管長是建為0.0025 meter的
根據(jù)熱平衡時, 所有銅管產(chǎn)生之熱, 必等於外表面散熱(radiation + convection)
可知合理的表皮溫度應(yīng)在363(or 369)度附近
用omega Reynold stress turbulent model 的結(jié)果
K-e turbulent model 的結(jié)果
展開 熱流固耦合場穩(wěn)態(tài)分析實例
熱流固耦合場穩(wěn)態(tài)分析實例（Fluent+Steady Thermal）；
網(wǎng)格工具Ansys Meshing，模擬平臺Workbench；
問題描述：
01 組合分析模塊；
02 導(dǎo)入幾何文件；
03 生成流體區(qū)域；
04 設(shè)置對稱面
05 劃分網(wǎng)格
06 標記面
07 在fluent中定義溫度單位
08 定義物理模型（湍流）
09 打開能量方程
10 定義流體材料屬性（水）
11 定義鋼管材料屬性（鋼）
12 指定區(qū)域材料類型
13 定義邊界條件（入口流速，溫度）
14 求解控制
15 初始化
16 監(jiān)控
17 求解
18 在 Steady-Thermal中定義邊界條件
19 求解
總結(jié)：
01 Fluent中包含了流場和鋼管；
02 將Fluent的溫度結(jié)果傳遞到Steady-Thermal中；
Txingguan.7z
展開 仿真咨詢實戰(zhàn)：熱流固耦合分析
TASK
熱流固耦合分析中包括沸騰模型修正、接觸熱阻 計算和位移的傅立葉分解這三項功能。由于模型中部分區(qū)域發(fā)生了沸騰，非沸騰態(tài)下的換熱公式不再適用于計算沸騰態(tài)下的換熱量，因此需要對模型的換熱系數(shù)進行修正；接觸熱阻程序?qū)崿F(xiàn)的功能是根據(jù)接觸面之間的實際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和接觸面的壓力計算接觸面的接觸熱阻；對于已知的位移結(jié)果，可以在二維坐標系下可以將該平面內(nèi)的位移進行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級數(shù)。
SOLUTION
主要技術(shù)挑戰(zhàn)：
沸騰修正涉及結(jié)構(gòu)模型和流體模型之間網(wǎng)格的插值和數(shù)據(jù)傳遞；
接觸熱阻公式較復(fù)雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計算較復(fù)雜；
解決方案：
開發(fā)沸騰修正模板，實現(xiàn)插值和模型修正功能；
開發(fā)接觸熱阻模板，實現(xiàn)熱阻公式的計算；
開發(fā)位移傅立葉分解模板，實現(xiàn)位移的傅立葉分解，并合并各階結(jié)果；
提供豐富的參數(shù)輸入和輸出界面；
結(jié)論：
形成了完整的熱流固耦合分析模板；
模板包括了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解功能。
Customer Benefit
熱流固耦合分析模板搭建的流程包含了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解的功能，已經(jīng)直接集成在柴油發(fā)動機仿真分析模板系統(tǒng)中，成為了柴油機整體仿真方案的一部分。
本文來自安世亞太微信公號，如果您對耦合分析有需求或感興趣，歡迎聯(lián)系溝通：
400-6600-388
展開 淺談流固耦合<2>：ANSYS中的流固耦合
在ANSYS軟件中使用流固耦合計算是很方便的。
在ANSYS中，進行流體計算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學計算的模塊主要是APDL（俗稱的經(jīng)典模塊）與Mechanical。這四款軟件的中流體計算模塊與固體計算模塊的相互組合，即可構(gòu)成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應(yīng)用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應(yīng)用。
前面提到，流固耦合計算可分為單向耦合與雙向耦合，利用CFX或FLUENT與Mechanical的聯(lián)合仿真，可以實現(xiàn)單向耦合和雙向耦合。（需要注意的是：14.0之后的版本中才允許FLUENT通過System Coupling模塊與Mechanical實現(xiàn)雙向耦合計算，在之前的版本中FLUENT只能做單向耦合）。
1、單向耦合
單向耦合指的是只有一方求解器向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)信息，另一方并不反回數(shù)據(jù)。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發(fā)送壓力及溫度數(shù)據(jù)。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應(yīng)力計算，或計算流體載荷在固體上產(chǎn)生的應(yīng)力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設(shè)，也就是說固體的形變對流場產(chǎn)生的影響可以忽略。
（2）固體變形對流場的影響。這種情況在實際計算過程中很少應(yīng)用到，因為流體計算中的動網(wǎng)格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應(yīng)用于流體作用于固體變形耦合強烈的領(lǐng)域。通常需要考慮到固體變形對流場的影響。分為兩種情況：
（1）擾動由流體引起。即流體流動導(dǎo)致固體變形，固體變形引起流場的擾動。如渦激振動就是一種典型情況。
（2）擾動由固體引起。固體變形引起流體流場擾動，之后流體流場反作用與固體變形，研究其相互作用。
這兩種情況在實際應(yīng)用中都會經(jīng)常遇到。
OK，下面談一下如何在ANSYS中解決這幾類耦合問題。
展開 
【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
在充氣過程中，傘衣的結(jié)構(gòu)大變形與傘衣周圍流場變化的相互耦合是十分復(fù)雜的。因此，想要通過理論模型求解該過程是非常難以實現(xiàn)，而數(shù)值仿真技術(shù)將提供較好的解決思路。
降落傘的數(shù)值模擬是典型的流固耦合問題。解決該問題的主要思路是：應(yīng)用計算流體動力學模擬降落傘的流場特征，通過結(jié)構(gòu)有限元法模擬降落傘的結(jié)構(gòu)特性，然后把兩者通過迭代耦合的方式結(jié)合起來，完成降落傘的數(shù)值模擬。本案例采用有限元分析軟件LS-DYNA來求解分析降落傘的充氣過程。
首先建立傘衣幾何模型，初始狀態(tài)設(shè)定為半折疊狀態(tài)，如圖1所示，將其保存為stp格式并導(dǎo)入Hypermesh中進行前處理。確定傘繩初始長度，并設(shè)定頂點位置，通過line功能建立傘繩線條。根據(jù)幾何模型大小對流體域進行建模，可設(shè)置為圓柱體域空間，選擇合適的尺寸對上述部件進行網(wǎng)格劃分，計算模型可參考圖2。
圖1 傘衣幾何模型
圖2 降落傘及流體域計算模型
傘衣材料選擇柔性紡織物材料，關(guān)鍵字為MAT_034,其密度為500kg/m3，彈性模量400MPa，泊松比0.15，厚度設(shè)置為2mm。傘繩選擇離散梁單元材料，關(guān)鍵詞為MAT_071，其中密度為400kg/m3，彈性模量97000MPa，截面積可自行設(shè)置。流體域賦予理想氣體，并設(shè)定空氣流速為80m/s。計算方法選擇ALE流固耦合算法。其余Card填充較為繁瑣，不在此贅述。計算結(jié)果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態(tài)（0s；0.3s；0.6s；1s）
降落傘充氣展開視角1
降落傘充氣展開視角2
文章內(nèi)容轉(zhuǎn)自“云數(shù)仿真”微信公眾號
！！更多精彩內(nèi)容，請持續(xù)關(guān)注“云數(shù)仿真”微信公眾號。
展開 Abaqus熱流固耦合——一維熱固結(jié)問題
當土壤承受負荷和溫度變化時，必須解決一個描述變形，孔隙流體流動和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準確預(yù)測固結(jié)行為。在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結(jié)建模的能力。研究了一維全飽和土在恒定表面載荷和恒定表面溫度下的固結(jié)行為，并將所得結(jié)果與Aboustit等人的結(jié)果進行了比較。 （1985）。
問題描述
該問題可以視為與1.15.1節(jié)“ Terzaghi固結(jié)問題”的熱學對應(yīng)。該部分中的討論同樣適用于此問題，此處不再贅述。圖1.15.6-1顯示了線性彈性土柱在恒定表面壓力和恒定表面溫度下的一維熱彈性固結(jié)。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側(cè)面均不可滲透。頂表面承受1單位的恒定壓力和50單位的恒定溫度。假定土壤已完全飽和。重力被忽略了。 Aboustit等人報道的材料性能。 （1985）被使用。土壤是彈性的，模量為6000單位，泊松比為0.4。土壤的滲透率為4×10-6單位，比重為1單位。由于Aboustit等。 （1985年）只使用了一組熱性質(zhì)，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質(zhì)。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導(dǎo)率為0.2單位，熱膨脹系數(shù)為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側(cè)面的位移以強制執(zhí)行一維行為。固結(jié)分析使用具有自動時間步長的瞬態(tài)土固結(jié)步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數(shù)控制：一個參數(shù)控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數(shù)控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩(wěn)定性極限為
它規(guī)定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節(jié)“耦合的孔隙流體擴散和應(yīng)力分析”中定義。
展開 機翼全參數(shù)化設(shè)計及流-固-熱耦合分析
通過建立一套全參數(shù)化的機翼設(shè)計分析模型構(gòu)建體系，可實質(zhì)性的促進達成快速多方案迭代或自動優(yōu)化設(shè)計的目標。
各種不同翼型結(jié)構(gòu)的參數(shù)化快速建模
2) 案例描述
機翼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要找出全參數(shù)化定義設(shè)計和分析模型的具體實現(xiàn)方法，需要同時考慮CFD氣動分析及氣動加熱和結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)、結(jié)構(gòu)動靜強度、流固熱三個物理場在各種不同的計算狀態(tài)下的雙向耦合。基于這種技術(shù)挑戰(zhàn)，機翼全參數(shù)化設(shè)計及流-固-熱耦合分析系統(tǒng)利用APDL全參數(shù)化建模，同時建立結(jié)構(gòu)分析模型和CFD網(wǎng)格模型；利用Mechanical+CFX流固耦合實現(xiàn)流-固-熱三場多狀態(tài)雙向耦合計算。
自動構(gòu)建機翼流-固-熱耦合分析網(wǎng)格
3) 實踐及效果
a、 實現(xiàn)了機翼結(jié)構(gòu)幾何及流-固-熱三場分析網(wǎng)格模型的全參數(shù)化自動建立；
b、 實現(xiàn)了流-固-熱三場全自動多狀態(tài)雙向耦合分析計算
c、 對機翼設(shè)計，尤其是前期設(shè)計階段，實現(xiàn)了全參數(shù)化快速多方案精細對比分析，極大提升設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。
流-固-熱三場多狀態(tài)雙向耦合計算
展開 4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應(yīng)用方法專題
一、專題目標：
通過培訓(xùn)，使學員能夠掌握利用AN
SYS系列模塊構(gòu)建流固熱多物理場耦合仿真流程；能夠?qū)こ讨械亩辔锢韴霈F(xiàn)象獨立建模、仿真并進行數(shù)據(jù)分析。
二、工程案例：10個工程案例
三、典型問題：多物理場仿真流程構(gòu)建。
四、知識點：流固熱多物理場數(shù)據(jù)傳遞方式；流固熱仿真流程；仿真軟件參數(shù)設(shè)置及注意事項。
