ansys熱流耦合分析的案例
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所有分析文件。
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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
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 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。但從數據傳遞角度出發，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，FSI）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力應變的考察。FSI計算按數據傳遞方式可分兩類：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數據只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網格節點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向對方發送相應的物理量（流體計算發送壓力數據，固體計算發送位移數據）。
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 工程關系
圖2 進入DM建模
2 DM創建模型
進入Fluent中的DM進行模型創建，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入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 
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，然后通過一個數據映射模塊，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，結構的求解可以使用結構模塊或結構熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數據交換模塊稱為系統耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統。流固耦合計算中，主要通過系統耦合器交換流體壓力與結構變形數據，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數據交換。
圖4 基于系統耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統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據映射無誤差曲線，默認的數據映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數據映射誤差曲線
展開 電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發生局部過熱，影響變壓器的運行穩定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術團隊經過多年積累，在高壓設備和絕緣技術方面積累了深厚的經驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結構基礎上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯合仿真計算，在電力變壓器模型中實現對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網格自動優化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節；在溫度結果中，可以查看變壓器內部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩態溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監測溫度，工程師可結合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預警或檢修等判斷；二是開展設備部件運行性能參數的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉換的試驗裝置，求結構完整性有著至關重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導致結構失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續驗證換熱器裝置的結構完整性提供依據。
3.理論計算
熱膨脹量理論計算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側為310℃；殼側為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側為1500mm；殼側為800mm
計算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計算輸入
熱膨脹分析時，僅需要加溫度載荷，同時將框架底部固定約束即可。
展開 涉及流固耦合（對流、輻射）的熱分析
材料性質：
固體：銅：導熱系數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
銅外殼外側與空氣對流換熱：hc= 4w/(m2*K), T,ambient = 313 K
銅外殼外側的熱輻射率：emissivity=0.85
銅母線、銅外殼內側的熱輻射率均為 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
(上方是基本參數資料, 下左框是 for absorption =1, 下右框是 for absorption =0.85
在表中所設的管長是1.00 meter, 但是在icemcfd and ansys 網格中的管長是建為0.0025 meter的
根據熱平衡時, 所有銅管產生之熱, 必等於外表面散熱(radiation + convection)
可知合理的表皮溫度應在363(or 369)度附近
用omega Reynold stress turbulent model 的結果
K-e turbulent model 的結果
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結構求解功能，能夠基于Fluent軟件進行簡單模型的結構應力、變形分析，具備線性及非線性結構分析功能。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，閥板內給定體積熱源為2000000w/m^3；
閥瓣模型材料參數：
密度：2700kg/m^3；
比熱：871J/kg.K；
熱傳導系數：202W/m^2.K；
楊氏模量：2.5E7Pa；
泊松比：0.37；
2 網格劃分
本案例網格基于ANSYS ICEM CFD進行全六面體網格劃分，網格如下圖所示：
流體區域：480000六面體網格；
固體區域：3800六面體網格。
3 FLUENT求解設置
求解計算分兩步完成，首先不考慮結構變形對流體-固體進行穩態共軛傳熱分析，然后基于上一步仿真計算結果考慮流固耦合作用實現瞬態流-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
? 邊界條件設置
1）固體區域熱源：2000000W/m^3；選擇對應的固體區域，勾選source terms加載能量源項。
展開 永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
熱流固耦合場穩態分析實例
熱流固耦合場穩態分析實例（Fluent+Steady Thermal）；
網格工具Ansys Meshing，模擬平臺Workbench；
問題描述：
01 組合分析模塊；
02 導入幾何文件；
03 生成流體區域；
04 設置對稱面
05 劃分網格
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 監控
17 求解
18 在 Steady-Thermal中定義邊界條件
19 求解
總結：
01 Fluent中包含了流場和鋼管；
02 將Fluent的溫度結果傳遞到Steady-Thermal中；
Txingguan.7z
展開 
仿真咨詢實戰：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。由于模型中部分區域發生了沸騰，非沸騰態下的換熱公式不再適用于計算沸騰態下的換熱量，因此需要對模型的換熱系數進行修正；接觸熱阻程序實現的功能是根據接觸面之間的實際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質的導熱系數和接觸面的壓力計算接觸面的接觸熱阻；對于已知的位移結果，可以在二維坐標系下可以將該平面內的位移進行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級數。
SOLUTION
主要技術挑戰：
沸騰修正涉及結構模型和流體模型之間網格的插值和數據傳遞；
接觸熱阻公式較復雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計算較復雜；
解決方案：
開發沸騰修正模板，實現插值和模型修正功能；
開發接觸熱阻模板，實現熱阻公式的計算；
開發位移傅立葉分解模板，實現位移的傅立葉分解，并合并各階結果；
提供豐富的參數輸入和輸出界面；
結論：
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，已經直接集成在柴油發動機仿真分析模板系統中，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，歡迎聯系溝通：
400-6600-388
展開 發一個電子封裝芯片的熱流耦合分析實例
電子芯片的散熱設計，有多種，常見的有風冷，水冷等
結合相關例題，（參考相關論文），以多芯片組件的液體間接冷卻方式為例，主要應用的是ansys/flotran模塊
機翼全參數化設計及流-固-熱耦合分析
通過建立一套全參數化的機翼設計分析模型構建體系，可實質性的促進達成快速多方案迭代或自動優化設計的目標。
各種不同翼型結構的參數化快速建模
2) 案例描述
機翼結構復雜，需要找出全參數化定義設計和分析模型的具體實現方法，需要同時考慮CFD氣動分析及氣動加熱和結構熱傳導、結構動靜強度、流固熱三個物理場在各種不同的計算狀態下的雙向耦合。基于這種技術挑戰，機翼全參數化設計及流-固-熱耦合分析系統利用APDL全參數化建模，同時建立結構分析模型和CFD網格模型；利用Mechanical+CFX流固耦合實現流-固-熱三場多狀態雙向耦合計算。
自動構建機翼流-固-熱耦合分析網格
3) 實踐及效果
a、 實現了機翼結構幾何及流-固-熱三場分析網格模型的全參數化自動建立；
b、 實現了流-固-熱三場全自動多狀態雙向耦合分析計算
c、 對機翼設計，尤其是前期設計階段，實現了全參數化快速多方案精細對比分析，極大提升設計效率和設計質量。
流-固-熱三場多狀態雙向耦合計算
展開 4月9-11日 北京 | ANSYS流固熱多物理場耦合計算工程應用方法專題
一、專題目標：
通過培訓，使學員能夠掌握利用AN
SYS系列模塊構建流固熱多物理場耦合仿真流程；能夠對工程中的多物理場現象獨立建模、仿真并進行數據分析。
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建。
四、知識點：流固熱多物理場數據傳遞方式；流固熱仿真流程；仿真軟件參數設置及注意事項。
