Fluent耦合求解的案例
基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（二）流固耦合
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接上一篇博客，基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算 ，目前已完成了從Hypermesh前處理到Fluent流場計算，獲得了流體結構邊界面的壓強信息，本篇博客將繼續說明后續的流固耦合計算過程。
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一、建立結構有限元模型
固體區域的結構如下圖所示：
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該結構為中空的薄壁結構，內部有十字交叉的加強筋作為支撐。因此選擇使用殼單元進行結構力學計算，結構計算采用OPtistruct求解器，因此將Hypermesh切換到OPtistruct求解器模塊下
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導入幾何模型后，提取該薄壁結構的外表面（而不是抽取中面，因為需要保證結構域邊界和流體域邊界能在空間中對上，減小后續壓強數據映射的誤差），內部加強筋則抽取其中面。修補幾何拓補關系后劃分網格，得到完整的結構力學計算所用有限元模型，如下：
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設置屬性與材料，需要注意的是，這里外型面的網格不是在幾何模型的中面位置而是在其外表面，因此需要設置一下pshell屬性里的ZOFFS偏移參數
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該參數可能為正可能為負，和殼單元的法向相關，至于是否設置正確，可以簡單的通過以下命令查看，該命令可以顯示殼單元的實際厚度，看能否和幾何模型對得上即可。
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到這里，結構部分的有限元模型便建好了，下一步需要將Fluent里的載荷映射到結構網格上。
展開 基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算
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一、概述
隨著計算科學以及數值分析方法的不斷發展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀 80 年代以來，受到了世界學術界和工業界的廣泛 關注。流固耦合問題是流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學 （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學分支，同時也是多學科或多物理場研究的一個重要分支，它是研究可變形固體在流場作用下的各種行為以及固體變形對流場影響這二者相互作用的一門科學。了解流固耦合對于許多產品的設計至關重要。如果不考慮流體與固體之間的相互影響，則會導致產品性能被過高或過低估計。
流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結構變形非常小，并且可以認為結構的變形幾乎不會對流場的各項參數產生影響，或產品本身不允許在流體的作用下發生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強數據，并將壓強數據傳導到固體的表面進行結構力學計算。然而，如果結構發生大變形，流體的速度和壓力場就會因此發生改變，此時我們需要將其作為雙向耦合問題進行多物理場分析：流體流動和壓力場會影響結構變形，而結構變形又反過來影響流體的流動和壓力。實際工況中選擇進行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據實際產品及作用工況進行判斷。
本文將執行一個單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進行流體域的建立和CFD網格劃分，然后導入至Fluent求解器進行流場計算，得到流體與固體界面的壓強信息，隨后將Fluent中計算得到的壓力信息映射至結構網格上，并使用Optistruct求解器進行結構力學分析。
展開 在求解多物理場模型時，你應該選擇全耦合還是分步求解？ 附多物理場耦合模型及數值模擬導論下載
全耦合與分離求解方法
在求解多物理場模型時，您可以使用軟件中提供的兩種方法來求解用于描述解的方程（通常是非線性）組。
全耦合方法會形成一個大型方程組，用于求解所有未知量（場），并在單次迭代中一次包含未知量（多物理場效應）之間的所有耦合。
另一方面，
分離方法不會一次求解所有未知量。相反，該方法將問題細分為兩個或更多分離步驟。每個步驟通常表示一個物理場，但有時，即使是一個物理場也可以細分為多個步驟，有時一個步驟可以包含多個物理場。這些單獨的分離步驟小于通過“全耦合”方法形成的完整方程組。“分離”步驟在單次迭代中按順序進行求解，因此需要較少的內存。
在許多情況下，軟件會自動選擇分離方法，在求解三維模型時尤其如此。另一方面，對于大多數二維模型，軟件默認使用全耦合方法。選擇這些默認設置可以實現一般穩定性。
無論采用哪種方法求解非線性問題，都是通過迭代方式進行求解。也就是說，系統會反復調用“全耦合”或“分離”方法，然后逐漸收斂到非線性問題的解。由于“全耦合”方法包含未知量之間的所有耦合項，因此與“分離”方法相比，其收斂性通常更好，且迭代次數更少。但是，每次迭代求解都需要相對更多的內存和時間，因此采用“分離”方法時，總體求解速度會更快。有關求解非線性模型的一般性指導，請參見：
提高非線性穩態模型的收斂性的7種有效方法。
設置全耦合或分離方法
要在當前使用“分離”方法的模型中使用“全耦合”方法，可以展開
研究 > 求解器配置設置，并查找穩態求解器或瞬態求解器特征。右鍵單擊此特征并選擇全耦合，求解器序列中會出現一個新的“全耦合”特征，而分離式求解器將變灰。
*“全耦合”特征。
要設置“分離”方法，右鍵單擊
穩態求解器或瞬態求解器特征，并選擇分離以添加新的“分離”特征。
展開 [問題討論]Fluent求解方法的選擇
1．非耦合求解 ( Segregated )
2．耦合隱式求解 ( Coupled Implicit )
3．耦合顯式求解 ( Coupled Explicit )
非耦合求解方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強的流體流動。耦合求解則可以用在高速可壓縮流動。FLUENT默認設置是非耦合求解，但對于高速可壓流動，有強的體積力（浮力或離心力）的流動，求解問題時網格要比較密，建議采用耦合隱式求解方法，可以耦合求解能量和動量方程，能比較快地得到收斂解。缺點是需要的內存比較大（是非耦合求解迭代時間的1.5-2倍）。如果必須要耦合求解，但是你的機器內存不夠，這時候可以考慮用耦合顯式解法器求解問題。該解法器也耦合了動量，能量及組分方程，但內存卻比隱式求解方法小。缺點是收斂時間比較長。
這里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。耦合解法器沒有的模型包括：多相流模型，混合分數/PDF燃燒模型，預混燃燒模型，污染物生成模型，相變模型，Rosseland輻射模型，確定質量流率的周期性流動模型及周期性換熱模型等。
隱式( Implicit )：對于給定變量，單元內的未知值用鄰近單元的已知和未知值計算得出。因此，每一個未知值會在不止一個方程中出現，這些方程必須同時解來給出未知量。
顯式( Explicit )：對于給定變量，每一個單元內的未知量用只包含已知量的關系式計算得到。因此未知量只在一個方程中出現，而且每一個單元內的未知量的方程只需解一次就可以給出未知量的值。
一階迎風格式( First Order Upwind )：當需要一階精度時，我們假定描述單元內變量平均值的單元中心變量就是整個單元內各個變量的值，而且單元表面的量等于單元內的量。因此，當選擇一階迎風格式時，表面值被設定等于迎風單元的單元中心值。
展開 
starccm求解器出錯？了解一下STAR CCM+中的分離求解器與耦合求解器
STAR CCM+中包括兩種流動求解器：
Segregated Flow Solver（分離求解器）
Coupled Flow Solver（耦合求解器）
關于分離和耦合流動求解器：
一般情況下，分離求解器比耦合求解器消耗的內存更少。
在可壓縮流動中，特別是在有激波存在的情況下，耦合求解器能夠得到更穩健和更精確的結果。
對高瑞利數自然對流，耦合求解器穩定性要比分離求解器更好。
耦合求解器求解給定流動問題所需的迭代次數與網格尺寸無關，而分離求解器所需的迭代次數隨著網格尺寸的增加而增加。
在某些情況下，耦合求解器可以與隱式求解器相結合，以允許較大的CFL數。這種情況類似于在分離算法中將所有變量的欠松弛因子指定為1。相比之下，分離求解器需要對速度和壓力以及可壓縮流中的能量進行顯著的欠松弛。
1 分離流動求解器
分離流求解器以順序方式求解質量守恒方程和動量守恒方程。對求解變量U、V、W、P依次迭代求解非線性控制方程。分離求解器采用壓力-速度耦合算法，通過求解場修正方程來滿足速度壓力的質量守恒約束。由連續性方程和動量方程構造壓力校正方程，通過對壓力進行校正，求出滿足連續性方程的速度場。這種方法也稱為預測-校正方法。壓力作為一個變量由壓力校正方程得到。
展開 利用fluent3D求解器進行求解
步驟1啟動fluent并選擇求解器3D
步驟2檢查網格并定義長度單位
1．讀入網格文件（下圖為讀入的圖示）
2．確定單位長度為cm
3.檢查網格
4.顯示網格
步驟2創建計算模型
1. 設置求解器
2.啟動能量方程
2. 使用湍流模型
步驟3設置流體的材料屬性
步驟4設置邊界條件
1. 設置入口1的邊界條件
2.設置入口2的邊界條件
2. 設置出流口的邊界條件
步驟5：求解初始化
步驟6：設置監視器
步驟7：保存case和data文件
步驟8：求解計算
殘差曲線圖
出口速度監控圖
三． 計算結果的后處理
步驟1：創建等（坐標）值面
1. 創建一個z=4cm的平面，命名為surf-1
2. 創建一個x=0的平面，命名為surf-2
步驟2：繪制溫度與壓強分布圖
1. 繪制溫度分布圖
2.繪制壁面上的溫度分布
3.繪制垂直平面surf-2上的壓力分布
步驟3：繪制速度矢量
1. 顯示在surf-1上的速度矢量
2..顯示在surf-2上的速度矢量圖
以上則是對本模型的詳細步驟講解，希望能給新手帶幫助！
話說為什么從word復制圖片會失效?
展開 fluent中的壓力求解器和密度求解器
兩種數值方法：
1.基于壓力求解器：適用于低速、不可壓縮流體。
原理：首先由動量方程求速度場，繼而由壓力方程進行修正使得速度場滿足連續性條件。由于壓力方程來源于連續性方程和動量方程，從而保證流場的模擬同時滿足質量守恒和動量守恒。
分類：分離求解器—順序求解每個變量的控制方程，此算法內存效率非常高(離散方程只在一個時刻需要占用內存)，收斂速度相對較慢，因為方程以‘解耦’方式求解。對燃燒、多相流問題更加有效。
耦合求解器—內存使用量是分離算法的1.5～2倍，收斂速度提高5～10倍。可以和所有動網格、多相流、燃燒、和化學反應模型兼容，收斂速度遠高于基于密度的求解器。
2.基于密度求解器：適用于高速、可壓縮流體。
原理：直接求解瞬態N-S方程(此方程理論上是絕對穩定的)，將穩態問題轉化為時間推進的瞬態問題，由給定的初場時間推進到收斂的穩態解，即時間推進法。適用于求解亞音速、高超音速等的強可壓縮問題。
展開 用多面體網格劃分壓縮機渦輪，再通過fluent進行求解（case文件中包含fluent所有設置信息） ￥15
渦輪網格
壓力云圖
速度云圖
Fluent伴隨求解優化方法介紹
伴隨求解器可用于計算一個工程量對所有輸入的導數，包括流動幾何，因此可以用于指導計算域內任意幾何特征的智能設計修改，實現形狀優化。
ANSYS Fluent的伴隨求解器，提供了一個基于梯度的優化器，可以自動創建一系列的設計迭代，用于形狀優化和湍流模型優化。對于形狀優化，網格會自動變形到最優形狀，以滿足多個工作條件下的多個目標。
圖1 梯度優化器工作流程
伴隨方法理論簡介
1、數學背景
Fluent求解常規流場，具有一定的輸入量，所有輸入變量的集合用c（可以看做多維向量）表示，這些輸入量可以是網格、材料屬性、邊界條件、源項等。流場解如速度和壓力作為輸出，用q表示，通常我們會評估一個或多個感興趣的標量，稱為可觀察量圖片，NS方程的殘差圖片。要知道每個輸入變量對觀察量的影響，用伴隨解以敏感性場的形式給出相應信息，即圖片。
圖2 伴隨敏感性示例
2、求解過程
圖3 伴隨求解過程
ANSYS Fluent伴隨求解器介紹
1、支持的物理模型
? 網格：求解器支持所有網格類型，包括六面體、四面體、楔形單元、多面體。
? CFD求解器：穩態，壓力基求解器，包括分離和耦合求解器。
? 物理模型：支持不可壓縮、可壓縮、能量方程、層流和湍流（k-ε, k-ω, GEKO）、MRF。
? 材料：支持常屬性固體和流體、理想氣體。
? 域類型：支持流體域、多孔介質。
展開 在線的超算Fluent求解
Fluent的計算量大和不收斂時常困擾著CFDer，如果國家超級計算機（天河二號等）的計算資源可以很方便為CFDer所用，豈不是很爽！也為這炎炎夏日帶來一絲絲涼風。接下來小編就給大家介紹一個可以在線隨時隨地都使用超算的仿真平臺。
登陸平臺
登陸平臺后進入任務列表頁面。
新建任務
輸入文件
只需要選擇輸入文件、軟件設置和求解設置即可提交fluent的求解。輸入文件可以從本地上傳和從云端選擇。
軟件設置，選擇Fluent和輸入求解的命令行
設置cpu核數
點擊提交即可開始求解
運行求解
可以查看到實時的進度、日志和運行的時間。
運行完成后可以看到本次的花費
查看運行結果
可以在線查看也可以下載
轉自EASYCAE云計算平臺
展開 FLUENT求解器基礎
是FLUENT在計算表壓（靜壓）時的參考值。
3， 求解過程概覽：
選擇求解器
初始化
檢測收斂性：穩定性（設置松弛因子或者courant number， 時間步長)，加速收斂？？？？
精度：網格無關性（加密網格看結果是否改變），網格自適應性
FLUENT中有兩種求解器： 壓力基和密度基。
壓力基求解器以動量和壓力為基本變量。兩種算法：1，分離求解器：動量方程和壓力修正逐個求解。 2， 耦合式求解器（PBCS)：壓力和動量方程同時求解。
密度基耦合求解器一種算法：同時求解動量，能量，質量和組分方程組。通過狀態方程得到壓力，其他標量通過分離方式求解。
DBCS 可以按隱式或者顯式方式求解：1，隱式采用Gauss-Seidel迭代求解所有變量。2，顯式采用多步R-K顯式時間積分法。
如何選擇求解器？？？？？？
1，壓力基耦合求解器（PBCS)適合于大多數單向流，比分離求解器性能更好。但是 : 1, 不能用于多相流（歐拉),周期質量流和NITA。2，比分離式多用1.5-2倍內存。
2，密度基求解器適用于密度，動量，能量，組分間強烈耦合的情況。（如超高音速流動，伴有燃燒的高度可壓流動）
隱式方法一般優于顯式，因為顯式對時間步有嚴格限制。
顯式方法一般用于流動時間尺度和聲學時間尺度相當的情況。（如高馬赫數激波的傳播）
展開 
FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統中固體區域運動控制方程，并將計算得到的邊界運動位移以動網格形式更新流場的邊界條件，從而實現雙向流固耦合仿真。其實，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經是內嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時獲得結構最終位移和流場壓力及速度分布。
固體區域設置
流固耦合界面設置
仿真計算結果
文件列表
展開 FLUENT動網格案例之十八：基于Fluent19的雙流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的雙流固耦合仿真計算
在FLUENT動網格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算中，介紹了基于FLUENT19線彈性求解模塊的單向流固耦合仿真內容。其實，雙向流固耦合的仿真也能在FLUENT19完全實現。本算例為管道內垂直襟翼在湍流激勵下的變形計算，并且啟用FLUENT的結構模型來模擬由于流體流動而導致的襟翼變形。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，流體的流動影響結構的變形，反過來，結構的變形也嚴重影響流體的流動狀態。本算例中Fluent將執行所有的結構計算(而不是使用單獨的結構程序)，并耦合流場仿真計算，因而是雙向流固耦合仿真。界面區域局部網格
固體區域設置和流固耦合界面設置與單向耦合是完全一致的
增加的為動網格設置(也就是結構變形對流場的反饋作用以動網格算法實現的動邊界體現）
文件列表
展開 ansys2021齒輪潤滑Fluent求解 ￥50
本案例詳細講述了齒輪箱油潤滑的建模仿真方法。
COMSOL動網格求解流固耦合問題
COMSOL動網格求解流固耦合問題
