熱固耦合優(yōu)化的案例
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系列（二）：熱固耦合優(yōu)化設(shè)計(jì) ￥9
輸入?yún)?shù)：對(duì)流系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、長(zhǎng)度；
響應(yīng)參數(shù)：溫度（端面范圍）、熱應(yīng)變
參數(shù)
類型
限制
期望值
重要性
長(zhǎng)度（l）
輸入
15m~20m
無
低
對(duì)流系數(shù)（h）
輸入
0.004 W/m2°C~0.006 W/m2°C
無
低
溫度膨脹系數(shù)（α）
輸入
1.4e-5/°C~1.6e-5/°C
無
低
溫度（T）
輸出
n/a
最小
高
熱應(yīng)變（ε）
輸出
n/a
最小
高
1.4 理論分析
根據(jù)上述條件，溫度為：
熱應(yīng)變?yōu)椋?組合目標(biāo)函數(shù)為：
得到的尺寸最小值為：
l = beam length = 25 m
h = convection coefficient = 0.006 W/m2°C
α = coefficient of thermal expansion = 1.4e-5/°C
代入得到各響應(yīng)參數(shù)最小值為：
Temperature (T) =29.812°C
Thermal strain (ε) =3.448E-04 m/m
1.5 ANSYS分析
在ansys workbench中新建優(yōu)化設(shè)計(jì)分析如下圖示：
在Engineering
展開 Abaqus熱流固耦合——一維熱固結(jié)問題
當(dāng)土壤承受負(fù)荷和溫度變化時(shí)，必須解決一個(gè)描述變形，孔隙流體流動(dòng)和通過土壤傳熱的方程組耦合問題，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)固結(jié)行為。在這個(gè)問題中，說明了Abaqus / Standard對(duì)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(jìn)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(xué)對(duì)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(gè)單位，寬2個(gè)單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動(dòng)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(bào)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(duì)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(qiáng)制執(zhí)行一維行為。固結(jié)分析使用具有自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)的瞬態(tài)土固結(jié)步驟進(jìn)行。此問題的時(shí)間步進(jìn)由兩個(gè)參數(shù)控制：一個(gè)參數(shù)控制溫度場(chǎng)時(shí)間積分的準(zhǔn)確性，另一個(gè)參數(shù)控制孔隙流體流時(shí)間積分的準(zhǔn)確性。孔隙流體溶液的穩(wěn)定性極限為
它規(guī)定了最小時(shí)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(kuò)散和應(yīng)力分析”中定義。
展開 基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu)耦合分析
需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)與熱燒蝕分析，對(duì)不同材料鋪層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應(yīng)力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數(shù)，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時(shí)間的變化并進(jìn)行熱應(yīng)力分析，最后進(jìn)行燒蝕層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu).pdf
管道的熱固耦合計(jì)算及管道熱應(yīng)力分析!
圖19 中間平面設(shè)置圖
圖20 速度云圖
圖21 壓力云圖
圖22 溫度云圖
六、穩(wěn)態(tài)熱分析
完成流體計(jì)算之后，單擊B4 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)熱分析模塊，將流體區(qū)域抑制，并將固體區(qū)域生成網(wǎng)格，生成方法與之前類似。之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計(jì)算的溫度場(chǎng)導(dǎo)入，在固體域溫度的接受面為固體的內(nèi)表面，之前已經(jīng)進(jìn)行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計(jì)算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導(dǎo)入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設(shè)置外壁面的對(duì)流換熱系數(shù)為10W/m2·℃，環(huán)境溫度為20℃。設(shè)置三個(gè)入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進(jìn)行求解。
圖23 流場(chǎng)溫度導(dǎo)入
圖24 穩(wěn)態(tài)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果
七、變形及熱應(yīng)力分析
雙擊C5 進(jìn)入靜態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導(dǎo)入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個(gè)入口端面施加固定約束。
展開 
Samcef 熱燒蝕及熱固耦合分析
Samcef_熱燒蝕及熱固耦合分析.pdf
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進(jìn)行固結(jié)
雖然這個(gè)問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質(zhì)，但是耦合性質(zhì)相對(duì)較弱。因此，雖然孔隙流體流場(chǎng)主要由孔隙流體和孔隙的相對(duì)熱體積膨脹驅(qū)動(dòng)，因此直接取決于溫度場(chǎng)，但是熱傳遞問題對(duì)孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對(duì)流傳熱來實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導(dǎo)率對(duì)空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應(yīng)變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當(dāng)前問題中忽略了這些影響。
abaqus熱流固耦合分析.rar
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進(jìn)行固結(jié).pdf
展開 基于HyperWorks的瞬態(tài)熱-固耦合分析 ￥20
前言：HyperWorks具有強(qiáng)大的傳熱分析能力，其操作過程也并不復(fù)雜，只需要搞懂一些卡片的設(shè)置含義，按照既定的步驟進(jìn)行操作，就可以實(shí)現(xiàn)熱傳遞分析了。本次仿真選擇彎管模型，通過對(duì)彎管的一端施加熱源，得到彎管的溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化云圖，又由于彎管內(nèi)積攢的熱能無法在短時(shí)間內(nèi)散出，故會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力及位移變化，通過仿真后處理可以得到彎管的熱應(yīng)力分布情況以及隨著時(shí)間的變化，彎管內(nèi)的熱傳遞情況。
一、傳熱分析基本概念
1、熱傳遞方式
熱傳遞共有三種傳遞方式，分別是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。本次仿真中主要用到前兩種熱傳遞方法。
熱傳導(dǎo)是熱量從系統(tǒng)的一部分傳導(dǎo)到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳導(dǎo)到另一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象，通常發(fā)生在固體中；熱對(duì)流是液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動(dòng)使溫度趨于均勻的過程。
2、熱—固耦合分析
熱固耦合的基本思路是先進(jìn)行熱傳導(dǎo)分析以獲取結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)，這個(gè)溫度場(chǎng)將作為結(jié)構(gòu)分析的載荷的一部分，耦合分析將按照嚴(yán)格的順序進(jìn)行，通常會(huì)先進(jìn)行熱分析，熱分析影響后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析，而結(jié)構(gòu)分析對(duì)熱分析則沒有影響。
3、常用的熱學(xué)材料參數(shù)
Thermal expansion coeffcient：熱膨脹系數(shù)[A]
Thermal conductivity：熱導(dǎo)率[K]
Heat transfer coefficient：熱傳遞系數(shù)[H]
Heat capacity at constant pressure：恒定壓力下的熱容量[CP]
二、有限元建模
本次仿真主要關(guān)注1、通過熱源加載進(jìn)行瞬態(tài)熱傳遞過程2、自由對(duì)流散熱分析3、熱—固耦合時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及位移情況。通過本次仿真，你可以學(xué)到物體隨著時(shí)間的推移，由于外部熱輸入和自然冷卻作用下的溫度變化過程，以及結(jié)構(gòu)受熱應(yīng)力作用下自身的應(yīng)力及位移變形情況。
展開 煤層氣注熱開采的熱流-固-全耦合模型
基于朱萬成老師于2011年發(fā)表的文章《A model of coal–gas interaction under variable temperatures》，建模。控制方程如下所示：
得到的部分結(jié)果如下：
瓦斯壓力云圖
溫度云圖
可以通過請(qǐng)私信聯(lián)系我。帖子有限，僅作部分展示。
【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場(chǎng)耦合問題的高效穩(wěn)定數(shù)值計(jì)算方法與工程應(yīng)用實(shí)例
工程實(shí)例-1：流水驅(qū)動(dòng)水車水輪運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)理仿真
雙向流固
耦合計(jì)算
1、雙向流固耦合簡(jiǎn)介
2、雙向流固耦合原理
3、雙向流固耦合分析系統(tǒng)
4、計(jì)算模型與網(wǎng)格
5、流場(chǎng)計(jì)算設(shè)置
6、固體計(jì)算設(shè)置
7、流固系統(tǒng)耦合器設(shè)置
8、后處理技術(shù)
工程案例-1：圓柱的渦激振動(dòng)模擬
工程案例-2：血液和血管壁相互作用的流固耦合計(jì)算
雙向耦合計(jì)算收斂性探討與確保收斂的絕招
1、雙向耦合難收斂（原因）
2、多管齊下促收斂（方法）
3、絕招一出必收斂（絕招）
工程案例-1：列車制動(dòng)過程中油罐與汽油相互作用的雙向瞬態(tài)流固耦合計(jì)算
工程案例-2：發(fā)電風(fēng)車（風(fēng)機(jī)）的雙向流固耦合計(jì)算
結(jié)構(gòu)氣動(dòng)
彈性計(jì)算
1、結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性的概念
2、常見結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性問題
3、結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性計(jì)算原理
4、結(jié)構(gòu)氣動(dòng)彈性計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法與設(shè)置技巧
工程案例-1：美國(guó)Tacoma大橋主梁風(fēng)毀的顫振過程仿真
工程案例-1：飛機(jī)機(jī)翼的顫振計(jì)算
流-熱-固
耦合計(jì)算
1、單向流熱固耦合簡(jiǎn)介
2、單向流熱固耦合分析系統(tǒng)
3、單向流熱固耦合計(jì)算模型與網(wǎng)格
4、單向流熱固耦合中流場(chǎng)計(jì)算設(shè)置技巧
5、單向流熱固耦合中傳熱計(jì)算設(shè)置技巧
6、單向流熱固耦合中固體計(jì)算設(shè)置技巧
7、雙向流熱固耦合簡(jiǎn)介
8、雙向流熱固耦合分析系統(tǒng)
9、流熱固耦合計(jì)算后處理技術(shù)
工程案例-1：T型管道流熱固耦合計(jì)算
流熱固耦合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
1、優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
2、優(yōu)化設(shè)計(jì)三要素
3、ANSYS Workbench優(yōu)化方法詳解
4、優(yōu)化計(jì)算設(shè)置與操作技巧
工程案例-1：流固耦合系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)
展開 SimSolid熱分析及熱固耦合案例講解 衡祖仿真
⑦查看結(jié)果：位移&應(yīng)力
SimSolid中可以通過設(shè)置溫度、熱通量、體積熱和對(duì)流4種邊界條件設(shè)定熱分析場(chǎng)景，并且可以設(shè)定每個(gè)接觸面的傳熱屬性。在熱分析結(jié)束后，通過將前一步結(jié)果的溫度場(chǎng)，作為熱載荷施加到線性靜力分析當(dāng)中，可以進(jìn)行熱固耦合分析，以得到熱應(yīng)力及其位移結(jié)果。
煤層氣微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
本模型的首先通過介質(zhì)損耗將電磁場(chǎng)與傳熱場(chǎng)聯(lián)立起來以實(shí)現(xiàn)微波注熱，這是一個(gè)雙場(chǎng)雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動(dòng)耦合模塊、熱解吸效應(yīng)、吸附膨脹效應(yīng)建立起滲透率模型并將傳熱場(chǎng)、固體力學(xué)場(chǎng)及滲流場(chǎng)耦合起來，這是一個(gè)多場(chǎng)耦合過程；最終建立起一個(gè)電磁-熱-流-固全耦合模型。
煤儲(chǔ)層微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
利用 COMSOL 建立一個(gè)煤儲(chǔ)層模型，見圖 7-4，模型尺寸為 20 m×6 m，模型中間布置一個(gè)瓦斯抽采鉆孔（直徑為 0.075 m）；模型兩側(cè)布置兩個(gè)微波源，將微波源簡(jiǎn)化為兩個(gè)矩形波導(dǎo)。
煤儲(chǔ)層微波注熱幾何模型
使用COMSOL5.6版本得到的幾個(gè)云圖如下：
煤儲(chǔ)層溫度云圖
煤儲(chǔ)層瓦斯含量云圖
煤儲(chǔ)層滲透率比值(k/k0)云圖
注：以上文字及部分圖片來自于論文《微波輻射下煤體熱力響應(yīng) 及其流-固耦合機(jī)制研究》。
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(dòng)，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(dòng)，熱流入口與冷流出口在同一側(cè)
ansys workbench太陽(yáng)能加熱鋁鍋熱固耦合 ￥19.89
<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺(tái)開展了太陽(yáng)能加熱鋁鍋的熱-結(jié)構(gòu)耦合（熱固耦合）數(shù)值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽(yáng)輻射加熱過程中的溫度場(chǎng)演化規(guī)律及其對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形的影響。太陽(yáng)能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發(fā)熱應(yīng)力集中和局部形變。為了準(zhǔn)確模擬實(shí)際工況，模型考慮了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、對(duì)流換熱邊界條件及材料熱物性參數(shù)的溫度依賴性，通過熱分析模塊計(jì)算溫度分布，再將溫度場(chǎng)傳遞至結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行應(yīng)力與變形分析，實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)與結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的耦合。</p><p>分析結(jié)果表明，鋁鍋在太陽(yáng)能加熱過程中鍋底與側(cè)壁區(qū)域存在明顯的溫差，最大溫度集中在直接受光照區(qū)域；而結(jié)構(gòu)響應(yīng)方面，鍋體邊緣和連接區(qū)域產(chǎn)生了較大熱應(yīng)力，可能成為未來失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。隨著加熱時(shí)間的增長(zhǎng)，整體熱變形逐步增加，體現(xiàn)出鋁材料在熱環(huán)境下的良好導(dǎo)熱性與一定程度的熱膨脹響應(yīng)。本研究為太陽(yáng)能炊具的熱設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)和仿真手段，有助于提升其使用壽命和安全性能，也為后續(xù)開展多物理場(chǎng)耦合分析奠定基礎(chǔ)。</p><p>1 材料參數(shù)</p><p>（1）結(jié)構(gòu)鋼</p><p>其密度、彈性模量、泊松比、比熱容、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)如下圖所示。
展開 Comsol-深部、干熱巖儲(chǔ)層水力壓裂熱流固-損傷耦合模型 ￥300
模型簡(jiǎn)介：
考慮熱流固-損傷耦合效應(yīng)，本案例建立了水力裂縫擴(kuò)展模型，假設(shè)材料楊氏模量和抗拉強(qiáng)度滿足weibull分布，邊界施加應(yīng)力條件，可運(yùn)用于如下場(chǎng)景：
1、干熱巖儲(chǔ)層壓裂，流體介質(zhì)可選擇水和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)壓裂過程裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展模擬；
2、干熱巖儲(chǔ)層采熱開發(fā)，分析熱流固-損傷耦合效應(yīng)對(duì)采熱的影響；
3、深部頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂，實(shí)現(xiàn)水和二氧化碳?jí)毫蚜芽p擴(kuò)展模擬；
4、其他熱流固耦合問題。
部分研究結(jié)果圖：
初始楊氏模量分布
損傷分布
壓力分布
溫度分布
參考文獻(xiàn)：
[1] Wei Zhang, Tian-kui Guo, Zhan-qing Qu, et al. Research of fracture initiation and propagation in HDR fracturing under thermal stress from meso-damage perspective. Energy, 2019, 178, 508-521
[2] Lin Wu, Zhengmeng Hou, Yachen Xie, et al. Fracture initiation and propagation of supercritical carbon dioxide fracturing in calcite-rich shale: A coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical simulation.
展開 熱固耦合分析實(shí)例
該例子是一個(gè)簡(jiǎn)單的熱固耦合分析例子，第一次做這方面的例子給大家提供一個(gè)k文件。. L1 \$ r+ K" E/ l& k" U
讓大家熟悉一下熱固耦合都需要用到哪些關(guān)鍵字
動(dòng)畫效果：
某個(gè)時(shí)刻的溫度分布：
節(jié)點(diǎn)溫度時(shí)間歷程曲線：
節(jié)點(diǎn)y方向速度時(shí)間曲線：
thermallast.zip
