Fluent流固傳熱的案例
FLUENT流固耦合傳熱模擬
4 定義模型
（1）雙擊A4欄Setup項，打開Fluent Launcher對話框，單擊OK按鈕進(jìn)入FLUENT界面。
（2）單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板。在SolverTime中選擇Transient，勾選Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。
（3）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Energy按鈕，彈出Energy（能量模型）對話框，勾選Energy Equation，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對話框。
（4）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Model（湍流模型）對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中選擇Scalable Wall Functions，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對話框。
5 設(shè)置操作條件
（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。設(shè)置內(nèi)部立方體材料為鋁。
（2）單擊Operating Conditions按鈕彈出Operating Conditions對話框，勾選Specified Operating Density，單擊OK按鈕并關(guān)閉對話框。
6 設(shè)置交界面
（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Interfaces→Mesh按鈕啟動的Mesh Interfaces對話框，選擇contact_region，單擊Delete按鈕刪除Meshing自動生成的交界面。
展開 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)計算）
圖2 開啟能量方程
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（開始使用默認(rèn)，計算一定步數(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（從入口開始計算）
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選項導(dǎo)入流體壓力和溫度載荷）
基本結(jié)果
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abaqus流固共軛傳熱算例分享 ￥40
電子元件的空氣散熱為流固共軛傳熱問題。利用abaqus可以模擬這一過程。分別建立空氣流體與固體元件模型，然后聯(lián)合求解。可以清晰地得到流體溫度場、壓力場、速度場及固體溫度場變化。附件為cae及inp
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(jié)構(gòu)邊界面的壓強信息，本篇博客將繼續(xù)說明后續(xù)的流固耦合計算過程。
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一、建立結(jié)構(gòu)有限元模型
固體區(qū)域的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
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該結(jié)構(gòu)為中空的薄壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有十字交叉的加強筋作為支撐。因此選擇使用殼單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計算，結(jié)構(gòu)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(dǎo)入幾何模型后，提取該薄壁結(jié)構(gòu)的外表面（而不是抽取中面，因為需要保證結(jié)構(gòu)域邊界和流體域邊界能在空間中對上，減小后續(xù)壓強數(shù)據(jù)映射的誤差），內(nèi)部加強筋則抽取其中面。修補幾何拓補關(guān)系后劃分網(wǎng)格，得到完整的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算所用有限元模型，如下：
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設(shè)置屬性與材料，需要注意的是，這里外型面的網(wǎng)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(shè)置一下pshell屬性里的ZOFFS偏移參數(shù)
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該參數(shù)可能為正可能為負(fù)，和殼單元的法向相關(guān)，至于是否設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格上。
展開 超音速射流 沖擊平板 流固耦合傳熱
原因是文獻(xiàn)采用了interface進(jìn)行流固耦合換熱，而interface進(jìn)行標(biāo)量插值，回來帶誤差使得溫度不連續(xù)。應(yīng)該采用wall wall shadow模型。
第二，文獻(xiàn)中溫度和壓力圖出現(xiàn)了明顯的激波串，但是我用fluent總是撲捉不到。根據(jù)氣動理論 該模型pe2>pb，出口氣體應(yīng)該繼續(xù)膨脹，而不是在出口附近形成正激波，或者強烈的激波串。那么這個激波串應(yīng)該是擋板對氣流的反射作用造成的。
但是目前還撲捉不到。
用耦合算法出現(xiàn)了類似鉆石網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。
激波串
溫度
Examination on Substrate Preheating Process in Cold Gas Dynamic Spraying0.pdf
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密度基
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壓力基
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壓力基
第一個圖是耦合算法求解結(jié)果。還沒有完全收斂。
第二個是壓力基求解結(jié)果，連續(xù)項quick，其他1階格式
壓力基
密度基
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展開 Simerics | 雙螺桿壓縮機流固共軛傳熱CFD分析
圖8為在不考慮流固共軛傳熱情況下，五種不同曲軸轉(zhuǎn)角下
（
分別為（a）24°；
（b）48°；（c）72°；（d）96°；（e）120°
）陽轉(zhuǎn)子的溫
度分布。
圖8 不考慮流固共軛傳熱溫度分布
瞬時溫度不再是由下至上分層漸變分布。相反，溫度在每個腔體中有相似的值。而且，溫度范圍也明顯更高。這意味著由于金屬較大的熱慣性，轉(zhuǎn)子表面溫度實際上比絕熱壁面假設(shè)的溫度更溫和、更均勻、呈層狀分布。
圖9為考慮流固傳熱情況下，5個曲軸角度下（分別為（a）24°；（b）48°；（c）72°；（d）96°；（e）120°）轉(zhuǎn)子的壓力云圖。
圖9 考慮流固共軛傳熱壓力分布
圖中彩色圖例范圍從1bar到2.5bar，洋紅色代表高壓，藍(lán)色代表低壓。每個流體壓縮腔中的壓力與預(yù)期值相似。當(dāng)壓縮腔從入口移動到出口時，由于流體體積的逐漸減少，壓力增加。與溫度分布不同的是，轉(zhuǎn)子表面的壓力分布幾乎是均勻的。這意味著共軛傳熱對壓縮機性能的影響很小。
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(xué)以及數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀(jì) 80 年代以來，受到了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛 關(guān)注。流固耦合問題是流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學(xué) （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學(xué)分支，同時也是多學(xué)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(xué)。了解流固耦合對于許多產(chǎn)品的設(shè)計至關(guān)重要。如果不考慮流體與固體之間的相互影響，則會導(dǎo)致產(chǎn)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(jié)構(gòu)變形非常小，并且可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)的變形幾乎不會對流場的各項參數(shù)產(chǎn)生影響，或產(chǎn)品本身不允許在流體的作用下發(fā)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(shù)據(jù)，并將壓強數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到固體的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計算。然而，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形，流體的速度和壓力場就會因此發(fā)生改變，此時我們需要將其作為雙向耦合問題進(jìn)行多物理場分析：流體流動和壓力場會影響結(jié)構(gòu)變形，而結(jié)構(gòu)變形又反過來影響流體的流動和壓力。實際工況中選擇進(jìn)行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據(jù)實際產(chǎn)品及作用工況進(jìn)行判斷。
本文將執(zhí)行一個單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進(jìn)行流體域的建立和CFD網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入至Fluent求解器進(jìn)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并使用Optistruct求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。
展開 淺談流固耦合：幾個基礎(chǔ)問題及解決相關(guān)問題的軟件基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例
作為流流合版塊的版主，我感到慚愧。因為我?guī)缀蹙蜎]真正應(yīng)用流固耦合做過工程。第一次應(yīng)用流固耦合還要追溯到做碩士畢業(yè)論文的時候，當(dāng)時做的是高壓水射流切割，屬于一個大課題中的小項，主要用的軟件是fluent。
但是利用fluent是沒辦法計算射流的切割效果的，流體軟件只能計算流場參數(shù)（壓力、速度、溫度等），對于應(yīng)力計算實在是力不從心。我不知道導(dǎo)師是從哪里聽來的風(fēng)聲，說讓使用mpcci將fluent與abaqus耦合計算固體變形乃至斷裂。當(dāng)時也是初生牛犢不怕虎，老師說用那就用唄，于是開始關(guān)注固體計算，關(guān)注abaqus，關(guān)注mpcci。然而現(xiàn)實是殘酷的，流體與固體采用不同的計算網(wǎng)格（流體用歐拉網(wǎng)格，固體采用拉格朗日網(wǎng)格），對于斷裂的問題，單純采用abaqus勉強可算，然而耦合上流體之后，通常計算會以出現(xiàn)負(fù)體積而告終。
多次的失敗終于磨滅了導(dǎo)師的耐心，于是項目轉(zhuǎn)而采用LS-DYNA的ALE進(jìn)行解決，而我的畢業(yè)論文，則徹底的舍棄了這一部分。搞射流的自然離不開噴嘴的設(shè)計，在研究射流噴嘴結(jié)構(gòu)在高壓流體作用下的材料行為，于是又涉及到了流固耦合問題，這次很幸運，雖然壓力很高，然而壓差并不大，噴嘴的變形處于彈性小變形階段，我采用workbench中的CFX+ANSYS mechanic圓滿的完成了任務(wù)，計算的是雙向流固耦合，雖然到現(xiàn)在也不敢去評判計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，但好歹也是計算完畢，順利的通過了畢業(yè)答辯。
說起流固耦合，其實包含的范圍很寬。我們做流體，其實就包含了流場、溫度場、組分場等的計算。
流固耦合包含的以下幾類問題：
(1) 單向流固耦合。通常是忽略固體變形對流場的影響。
(2) 雙向流固耦合。考慮流場對固體變形的影響，同時也要考慮固體形變對流場的影響。計算量很大，而且很難收斂。
(3) 熱應(yīng)力計算。
展開 【9月21-23日 鄭州 斯姆勒】結(jié)構(gòu)/流體傳熱、流熱固耦合及熱疲勞分析工程應(yīng)用高級培訓(xùn)
四、時間地點：
2019年9月21-23日 鄭州
（共四天，第一天報道，上課三天）
一、課程亮點和創(chuàng)新點分析
（一）在授課專家選擇上，授課專家為從事多年CAE工程經(jīng)驗的博士學(xué)位專家授課，能夠從仿真理論、項目工程經(jīng)驗等多維度進(jìn)行詳細(xì)和深度講解；
（二）在內(nèi)容設(shè)計上，該課程基本涵蓋了工程結(jié)構(gòu)傳熱、流體傳熱、流固熱多場耦合分析的應(yīng)用各個方面，包括熱分析基本原理、工程結(jié)構(gòu)傳熱建模方法、線性/非線性傳熱、熱應(yīng)力分析技巧和評價標(biāo)準(zhǔn)，也涵蓋了工程焊接傳熱分析及殘余應(yīng)力分析、熱斷裂分析、熱疲勞分析、流固熱多場耦合分析等熱點難點問題解決方案的高級應(yīng)用；
（三）在授課方式上，課程培訓(xùn)采用理論和軟件案例操作相結(jié)合的方法，全面細(xì)致地講解工程結(jié)構(gòu)傳熱、流體傳熱及流固熱多場耦合分析等應(yīng)用問題，讓培訓(xùn)學(xué)員既掌握學(xué)科理論，又具備工程問題的解決能力，幫助科研院所、企業(yè)在工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用上解決“魚”和“漁”問題。
六、課程大綱：
展開 接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破
接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破碎，pbm顆粒碰撞長大，udf碰撞機理，動量源，質(zhì)量源，能量源，顆粒壁面吸附，初始化溫度場，流場相關(guān)udf等。
雙螺桿壓縮機流固共軛傳熱CFD分析 附基于SCORG和Simerics MP 的CFD雙螺桿泵數(shù)值模
圖8 不考慮流固共軛傳熱溫度分布:
(a) 24° (b) 48° (c) 72° (d) 96° (e) 120°
下圖為考慮流固傳熱情況下，5個曲軸角度下轉(zhuǎn)子的壓力云圖。圖中彩色圖例范圍從1bar到2.5bar，洋紅色代表高壓，藍(lán)色代表低壓。每個流體壓縮腔中的壓力與預(yù)期值相似。當(dāng)壓縮腔從入口移動到出口時，由于流體體積的逐漸減少，壓力增加。與溫度分布不同的是，轉(zhuǎn)子表面的壓力分布幾乎是均勻的。這意味著共軛傳熱對壓縮機性能的影響很小。
圖9 考慮流固共軛傳熱壓力分布:
(a) 24° (b) 48° (c) 72° (d) 96° (e) 120°
下表比較了有和沒有考慮共軛傳熱情況下氣體質(zhì)量流量和轉(zhuǎn)子功率的差異：
可以看出，考慮和不考慮共軛傳熱相比，質(zhì)量流量和轉(zhuǎn)子功率的預(yù)測誤差小于1%。與實驗結(jié)果相比較，兩種結(jié)果對流量的預(yù)測都高出約4-5%。這種誤差可能是由間隙尺寸的不準(zhǔn)確性引起的。功率預(yù)測與實驗相差約1%。可以看出，對于該給定模型，流固耦合共軛傳熱對壓縮機性能的影響很小，因此不考慮耦合傳熱的模擬結(jié)果是可以接受的。
基于固體溫度模擬結(jié)果，利用Simerics-MP+ CFD軟件包中的應(yīng)變-應(yīng)力求解器對固體熱應(yīng)力/膨脹進(jìn)行了預(yù)測。上圖描繪了由于徑向熱膨脹引起的轉(zhuǎn)子固體位移。該彩色圖例范圍從0到50微米，洋紅色代表高位移，藍(lán)色代表低位移。徑向最大位移約為50微米。需要注意的是，本文中的熱膨脹是單向耦合預(yù)測。
展開 積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對水平冷板的共軛換熱進(jìn)行模擬，主要涉及相變過程的流動和傳熱傳質(zhì)問題，通過分析為高熱流電子設(shè)備散熱設(shè)備設(shè)計提供指導(dǎo)。仿真過程將用到VirtualFlow自主開發(fā)的熱限制相變模型和流固耦合模型。
編輯
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01 熱限制相變模型
飽和溫度相變模型，即界面兩側(cè)流體對界面的熱擴散正好被相變潛熱抵消。使用該模型的時候，需要確保界面處的網(wǎng)格足夠小，以保證流體網(wǎng)格中心與界面之間的換熱計算是準(zhǔn)確的。
02 耦合模型
計算流固耦合傳熱問題的首要問題是建立界面兩端的溫度與熱通量之間的關(guān)系，使耦合求解流體域和固體域的溫度場成為可能。
貼體網(wǎng)格的情形，流固界面和網(wǎng)格界面正好重合，可由下面的公式建立界面兩邊網(wǎng)格溫度與界面熱通量的關(guān)系:
VirtualFlow引入IST技術(shù)，使用笛卡爾網(wǎng)格，以非貼體的方式描述任意復(fù)雜界面，流固界面與網(wǎng)格之間界面不重合。以下是VirtualFlow的處理方式。
一般VirtualFlow中，通過Heaviside階梯函數(shù)打開或者關(guān)閉特定區(qū)域的流場求解。當(dāng)共軛傳熱模塊關(guān)閉時，階梯函數(shù)H在流體域內(nèi)為1，在固體域內(nèi)為0（如果不打開TSolid功能）。當(dāng)開啟共軛傳熱模塊時，階梯函數(shù)H為固體階梯函數(shù)和流體階梯函數(shù)的復(fù)合，即在全體計算域內(nèi)皆是1，因此固體和流體內(nèi)的溫度場同時求解。
展開 FLUENT動網(wǎng)格案例之十五：基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真 ￥499
基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真
薄膜變形一直都是ANSYS流固耦合分析的驗證算例，不論是雙向耦合還是單向耦合；是基于workbench還是system coupling模塊。其實，基于FLUENT自帶的網(wǎng)格重生成技術(shù)外加UDF函數(shù)控制，也能實現(xiàn)薄膜流固耦合仿真的全過程。
UDF函數(shù)片段
動網(wǎng)格變形
文件列表
8月23-25日 北京 | 結(jié)構(gòu)/流體傳熱、流熱固耦合及熱疲勞分析工程應(yīng)用高級培訓(xùn)
點擊報名：http://jishulink.mikecrm.com/gYaP84Y
