光熱流耦合仿真的案例
【流固耦合數值仿真算例】風機葉片流固耦合數值仿真
為了更好地了解風機的結構及特點，提高風機的總體設計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數值模擬結果。
風機在計算域中的示意圖
風機在計算域中的示意圖
風機在簡化氣動力下轉動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風機塔架、機艙的振動響應。
在此種模擬方法下，可以輸出風場縱剖面速度云圖，考慮風機的尾流效應。
單風機尾渦效果展示
雙風機尾渦效果展示
葉片是風力發電機中最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計，可靠的質量和優越的性能是保證機組正常穩定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風機的總體設計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知XFlow與Abaqus的雙向流固耦合仿真須知
1）Abaqus 和XFlow 的協同仿真屬于FSI 仿真類型，即流固耦合仿真；
2）XFlow 必須在Labs 模式下運行，激活Labs 模式的路徑是：Main menu > Options > Preferences > Application mode> Labs；
3）建議使用Abaqus 2018 及以上版本；
4）Abaqus的協同仿真服務功能必須提前安裝好；
5）如果Abaqus的協同仿真服務沒有安裝，那么請按以下方式進行安裝：假設版本是Abaqus 2018， ?》》 首先使用X64命令行運行：abq2018 extractCseApi ?》》 然后把CSS服務二進制文件夾寫入系統path變量： X:\xxxxxx\Dassault Systemes\SimulationServices\V6R2018x\win_b64\code\bin， 其中X:\xxxxxx是相應的安裝盤符和文件夾。
6）如果版本是2019不用安裝5)中的步驟，但也需要建立上述環境變量。
7）協同仿真時，數據是雙向交互式進行傳遞的，Abaqus傳輸位移和速度信息給XFlow，XFlow傳輸載荷信息給Abaqus，仿真時的所有模型參數建議使用SI單位制。
展開 Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
Abaqus流場（流-固耦合）仿真案例講解
Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
Abaqus管道流場仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
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WORKBENCH流固耦合案例#292-螺桿（單）擠出機流場和應力仿真
01
案例介紹
如圖所示的螺桿（單）擠出機，擠出量可以設定為800kgh，螺桿轉速340rpm，物料密度700kg/m3，粘度1620Pa.s，物料含水率為30%，要模擬此過程中的流場和螺桿應力分布。
裂隙中的流固耦合仿真方法
今天，來自蘇黎世聯邦理工學院的特邀博主雷清華博士將與我們一起討論一種新的模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的方法。
理解裂隙地質介質中固體變形與流體流動之間的相互作用，對于解決地球科學和巖土工程中的許多核心問題，例如地下挖掘、油氣開采、碳封存、地熱生產和廢物處理，具有重要的意義。本文描述了一種使用COMSOL Multiphysics? 軟件模擬裂隙介質中全耦合流體力學過程的新方法。
為什么使用 COMSOL Multiphysics? 進行流體力學仿真?
一般來說，模擬裂隙介質中的耦合流體力學過程存在兩個主要挑戰。一個是內含大量的天然裂隙的地質介質的不連續性的表征，這些裂隙普遍存在許多不同的長度尺度，并經常主導系統的整體行為（參考文獻 2）。另一個是流體力學耦合機理的計算，包括直接耦合（即固體和流體場之間的相互作用）和間接耦合（即巖石/裂隙性質的改變）。
在過去的幾年中，科研人員已經開發了大量旨在應對這些挑戰的商業軟件包和開源研究代碼。然而，其中大多數必須使用不同的求解器來計算流體和固體方程，因此必須通過額外的處理步驟來實現耦合，既不方便也不高效。此外，大多數現有代碼無法真正同時表征直接耦合和間接耦合，因此通常必須進行假設或簡化。
展開 血管中血液流固耦合仿真 ￥800
本案例建立了包含血管動脈、血液和心肌在內的血管系統模型，基于流-固耦合方法仿真了血液流動過程中，血管動脈和心肌的周期性活動，模擬結果如圖所示：
未考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流
HyperWorks多物理場仿真：流固耦合
背景介紹
最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應堆燃料棒的渦激振動問題等等。在數值仿真領域FSI概念擴展到一般性的CFD模型和FEA模型的數據交換問題。
FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。
大橋劇烈晃動直至崩塌
HyperWorks的流體求解器AcuSolve流固耦合分析分為四種情況：
?分析穩態的流場壓力和溫度場對固體變形的影響，也叫 TFSI (Thermal-FSI)屬于單向耦合；
?分析流體動載荷引起的固體振動現象，也叫P-FSI (Practical FSI)，屬于單向耦合；
?瞬態流動引起固體大變形，并反饋給流場，也叫DC-FSI (Direct Coupling FSI)，屬于雙向耦合。
?固體本身的變形量很小，可以認為是剛體，但是整體產生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動力學分析，也屬于雙向耦合。
以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數據在后臺傳遞，無需用戶編輯腳本。
TFSI模型的計算代價最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應力，發動機水套的熱應力，車燈的熱應力等等場景。
排氣歧管的TFSI分析案例
AcuSolve模型的管路入口為高溫高壓氣體，管路出口為大氣壓和環境溫度，管路外壁面是自然對流散熱邊界。AcuSolve結果傳遞給求解器OptiStruct再分析管路的熱應力和變形。
展開 流固耦合水下爆炸仿真
流固耦合水下爆炸仿真
航空發動機整機流固熱耦合仿真
隨著計算流體力學的發展以及計算性能的提升，對航空發動機整機仿真成為了可能，本教程對KJ66航空發動機進行整機仿真，整機仿真結合氣動、傳熱、燃燒、多相流、固體應力，將航空發動機從冷態計算至熱態，即仿真始于冷態，終于熱態。
KJ66航空發動機幾何模型如圖，對航空發動機氣熱彈耦合仿真，計算采用穩態，氣動的計算采用求解粘性N-S方程的方法，燃油的噴射計算采用拉格朗日多相流，燃燒的計算采用有限速率的渦耗散模型，流體與結構的相互作用(FSI)采用雙向耦合的方式。
流體結構相互作用 (FSI)是指一種耦合的表面問題，其中流體模型的狀態取決于結構模型的狀態，反之亦然。這種相互關系可以是對稱或非對稱的。非對稱問題通常指單向耦合問題，表示其中一個模型是獨立的，另一個模型則具有關聯性。
流體結構相互作用(FSI)耦合交界面處的對應流體和固體移動時運動學特性（位置、速度和加速度）相同，受到的力也相同。
從流體傳遞到固體的信息是流體拉力，它由流體壓力和壁面剪切應力組成的。此傳遞發生在耦合壁面邊界流體-結構交界面）上。
從固體傳遞到流體的信息是固體的變形，尤其是流體-結構交界面的變形。
一般情況下，FSI模擬在運動學和力方面保持一致，稱為雙向耦合，在STAR-CCM+中，雙向耦合FSI問題是指從流體到固體和從固體到流體的交換的綜合采用并行求解方法。
進行航空發動機整機氣熱彈耦合仿真的STAR-CCM+版本為STAR-CCM+ 2206.
將航空發動機整機從冷態模型計算至熱態模型后發動機伸長約1mm。
詳細計算結果如下：
速度
溫度
溫度
位移
固體應力
文章來源：STAR CCM仿真學堂
展開 Comsol仿真動脈血流流固耦合
</p><p><br></p><p> 本次采用COMSOL建立了血管網絡的模型并進行流-固耦合分析,最后得到了血管工作狀態下的壓強,變形以及血液流動速度分布.血管網絡模型包含血液,血管和心肌三個組成部分,假定材料呈非線性,并使用超彈性模型,血液的壓強迫使血管壁變形,而同時心肌支撐著血管壁并限制其變形.計算網格采用自由四面體網格,計算時間長度為1秒.完整的分析包含相耦合的兩個不同過程:第一步為瞬態分析,計算血液中的速度場和壓力分布(時間和空間上可變)的流體動力學分析;第二步為穩態研究,利用第一步的計算結果來計算心肌組織和動脈血管變形的機械分析.計算結果給出了動脈壁及分支血管壁的位移和應力分布,該研究可以評估主動脈中存在一定變形時主動脈衰竭的風險.</p><p> </p><p>入口處血流壓力變化： </p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202104/0576da36823241378555540fca3d4ae8.png" title="QQ圖片20210424082600.png" alt="QQ圖片20210424082600.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202104/0576da36823241378555540fca3d4ae8.png?
展開 
水箱注水（無限）流固耦合仿真 ￥350
本版主要講解往水箱注水的過程， 流固耦合分析，無盡水流遠遠不斷注水。
本次水箱注水流固耦合仿真,采用hypermesh軟件作為網格前處理，之后導出K文件在ls-prepost設置關鍵字，之后保存提交LS-Dyna求解器求解，再將結果文件讀入到ls-prepost后處理。
仿真結果如圖所示：
紅外加熱爐冷卻通道設計及熱-流耦合仿真 ￥1000
本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
軸流式血泵熱流耦合 溫度場仿真
2.血泵熱流耦合溫度場仿真
血泵各部分與血液的接觸面存在對流換熱，考慮到兩者的耦合關系，流體仿真時需要把固體以及固體熱源加入到流體仿真軟件中，從而將血液與血泵的對流換熱數值加載到固體溫度場仿真的邊界條件中，實現血泵三維溫度場的仿真求解分析。
血泵三維整體模型分為兩個部分，一個是驅動電機部分：包括定子鐵芯、定子繞組、永磁轉子以及定子外殼；另一個是血液流動區域：包括前后導輪及其導葉、旋轉葉輪、軸承以及泵殼。血泵結構如圖1所示。
圖1 軸流血泵整體結構
利用商用流體仿真軟件進行相關邊界條件的設定，主要包括材料屬性、湍流模型、進出口邊界條件、轉速以及對流換熱系數等，其中血泵各部分的材料特性參數如表1所示。各部分熱源的生熱率通過商用熱仿真軟件計算，并與流體仿真模塊進行耦合。
展開 雙向流固耦合仿真流程指南 ￥80
[圖片]
