單向耦合
關(guān)注創(chuàng)建者：mangugu 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-21
單向耦合的視頻教程
ansysworkbench-流體結(jié)構(gòu)單向耦合分析
ansysworkbench-流體結(jié)構(gòu)單向耦合分析 案例簡介 模型如下所示，
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高斯熱源焊接雙向耦合與單向耦合溫度場、應(yīng)力場對比分析
利用workbench，對高斯移動熱源焊接進(jìn)行仿真，探究單向耦合的溫度場、應(yīng)力場與相同邊界條件下雙向耦合的結(jié)果差異。 溫度場對比 應(yīng)力場對比
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Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課（十二）Fluent實(shí)現(xiàn)單向流固耦合
學(xué)習(xí)方法 2.案例12Fluent實(shí)現(xiàn)單向流固耦合 a. 流程步驟 b. 流固耦合介紹 c. fluent關(guān)鍵設(shè)置 d. Workbench + fluent單向流固耦合 點(diǎn)擊鏈接可直接跳轉(zhuǎn)到總的系列課程鏈接。
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單向耦合的實(shí)例教程
單向耦合的錯流式換熱器建模
我們用一個非等溫流的例子錯流式熱交換器教程模型來嘗試一下單向耦合的方法。這種類型的熱交換器在生物技術(shù)中的片上實(shí)驗(yàn)室裝置和微型反應(yīng)器中都可以找到，例如用于微型燃料電池。
微型熱交換器的模擬部分。
如上圖所示，建模系統(tǒng)包括兩組通道，一熱一冷，以交錯流動的方式排列，每組有五個通道。由于熱交換器具有對稱性，該模型被縮小。
如果檢查模型的研究節(jié)點(diǎn)，我們會發(fā)現(xiàn)有兩個固定的研究步驟。在第一個研究步驟中，只選擇層流（spf）進(jìn)行求解，而在第二個研究步驟中，同時(shí)選擇了傳熱（ht）與多物理場耦合非等溫流（nitf1）。在第一個研究步驟中對流場進(jìn)行求解，由于非等溫流動 多物理場節(jié)點(diǎn)提供的應(yīng)用耦合，在第二步驟中可以自動得到結(jié)果。這種研究設(shè)置從 COMSOL Multiphysics 5.3 版本開始預(yù)設(shè)并且可用，在穩(wěn)態(tài)模擬中稱為穩(wěn)態(tài)，單向耦合，非等溫流動(NITF)，在瞬態(tài)模擬中稱為瞬態(tài)，單向耦合，非等溫流動(NITF)。
單向和雙向耦合的結(jié)果比較
我們可以通過增加一個穩(wěn)態(tài)的、完全耦合的研究步驟的新研究，來比較單向耦合方法和雙向耦合方法的結(jié)果。在計(jì)算了這兩個研究后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果只有微小的差別。上部通道壁上的平均傳熱系數(shù)，可能是模型最感興趣的結(jié)果，在雙向耦合中為 3147.7 W/(m2K)，在單向耦合中為 3147,5 W/(m2K)。0.2 的差異可能比兩次計(jì)算的數(shù)值誤差小得多。此外，計(jì)算時(shí)間也減少了一半，從雙向耦合問題的約 83s 到單向耦合問題的30s。
這兩種方法的綜合比較可以在模型文件中的幻燈片演示中找到。
單向耦合穩(wěn)態(tài)解的溫度結(jié)果。
雙向耦合穩(wěn)態(tài)解的溫度結(jié)果。
展開 圖 5 氣動噪聲與結(jié)構(gòu)分析的耦合計(jì)算
單向耦合技術(shù)的優(yōu)勢與不足
結(jié)合上文中的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)單向耦合計(jì)算具有較為廣泛的應(yīng)用場景，主要原因有兩點(diǎn)，一是單向耦合計(jì)算求解架構(gòu)簡單，易于上手，能夠快速將多物理場聯(lián)合仿真的思路應(yīng)用到各個行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中；二是計(jì)算規(guī)模適中，通常的單向耦合計(jì)算僅為多個物理場計(jì)算過程的簡單疊加，不需要額外的迭代與循環(huán)。相比之下，雙向耦合的計(jì)算規(guī)模就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單向耦合，因此難以應(yīng)用在過多的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中。
當(dāng)然，單向耦合計(jì)算也存在一定不足，那就是當(dāng)下游數(shù)據(jù)反過來對上游結(jié)果產(chǎn)生較大影響時(shí)，無法保證計(jì)算精度。比如上面提到的電機(jī)行業(yè)，不同溫度下，繞組線圈的電阻數(shù)值是有較大差異的，這時(shí)如果采用單向耦合，Maxwell計(jì)算所用到的電阻值，就只能在均勻溫度分布的假設(shè)條件下開展仿真，這樣就會在某種程度上造成計(jì)算精度的損失。因此，是否在仿真計(jì)算過程中采用單向耦合技術(shù)，還需要進(jìn)行綜合考量。
12月27-29日，安世亞太大咖慧將推出CFD仿真專題培訓(xùn)，內(nèi)容包含：多物理場仿真技術(shù)介紹及案例應(yīng)用、多物理場仿真中流固耦合技術(shù)介紹及案例、多物理場仿真中CFD與電磁耦合技術(shù)介紹及案例。專題課每天1講，每講包括課程講解和現(xiàn)場答疑兩個部分，歡迎感興趣的用戶報(bào)名聽課。
展開 流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計(jì)算，通常用于考慮流體與固體間存在強(qiáng)烈的相互作用時(shí)，對流體流場與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計(jì)算按數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)只從流體計(jì)算傳遞壓力到固體，或者只從固體計(jì)算傳遞網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位移到流體。雙向耦合則在每一時(shí)刻都同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計(jì)算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計(jì)算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算。我們這里來舉一個最簡單的單向耦合例子：風(fēng)吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計(jì)，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(yīng)力分布。當(dāng)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(guān)系
圖2 進(jìn)入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進(jìn)入Fluent中的DM進(jìn)行模型創(chuàng)建，如圖2所示。流固耦合計(jì)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(shí)具有流體和固體模型，而且流體計(jì)算中只能有流體模型，固體計(jì)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(dǎo)入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 使用Maxwell和Icepak軟件，對某一模型的電磁渦流效應(yīng)進(jìn)行了電磁-熱流單向耦合模擬計(jì)算
單向耦合：在Maxwell中對模型進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置并進(jìn)行了相應(yīng)的求解計(jì)算；將Maxwell的幾何模型通過DesignModeler導(dǎo)入Icepak，在Icepak中進(jìn)行熱流分析的各種設(shè)置，并進(jìn)行求解計(jì)算，得到模型的溫度分布
極致仿真 卓越設(shè)計(jì)
來源：中潤漢泰
PFC中流固耦合有三種方式：
1、單向流固耦合（one_way）：也就是顆粒受流體作用，但是流體不受影響。
2、利用達(dá)西定律實(shí)現(xiàn)雙向耦合
3、和第三方的算法或者流體軟件進(jìn)行耦合(比如OpenFOAM)
這里做一個單向耦合的小例子——模擬顆粒落入流動的水中。
由于當(dāng)水比較多的時(shí)候，流速不太容易受到下落的顆粒影響，這里簡化為單向耦合是合理的。
首先生成cfd網(wǎng)格和顆粒。這里的網(wǎng)格使用我之前帖子中生成方形網(wǎng)格的小程序生成節(jié)點(diǎn)和單元文件。
new
domain extent -3 3
wall generate box -2 2 -1 1 -0.5 2
wall delete walls range id 2[x_pos=0.5]
[height=1]
[box_chicun=0.5]
[rdMin=0.01]
[rdMax=0.03]ball generate radius [rdMin] [rdMax] number 1000 tries 2000000 range x [x_pos+rdMin] [x_pos+box_chicun-rdMin] ...
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單向耦合的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
單向耦合的最新內(nèi)容
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8/4 | AEDT Icepak系統(tǒng)級多物理場熱設(shè)計(jì)方案
講師簡介：
張理想 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
主題簡介：Ansys Icepak 在系統(tǒng)級熱仿真中以電-熱耦合為核心，能將電磁損耗精確導(dǎo)入三維 CFD，并以單向或雙向耦合方式完成功率器件與整機(jī)在瞬態(tài)工況下的溫度預(yù)測與熱點(diǎn)定位。
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8/4 | AEDT Icepak系統(tǒng)級多物理場熱設(shè)計(jì)方案
講師簡介：
張理想 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
主題簡介：Ansys Icepak 在系統(tǒng)級熱仿真中以電-熱耦合為核心，能將電磁損耗精確導(dǎo)入三維 CFD，并以單向或雙向耦合方式完成功率器件與整機(jī)在瞬態(tài)工況下的溫度預(yù)測與熱點(diǎn)定位。
隨著課程的進(jìn)展，我們進(jìn)入使用icoUncoupledKinematicParcelFoam等求解器進(jìn)行單向耦合模擬。在這里，粒子在預(yù)計(jì)算的速度場中演化，使您能夠在沒有對流反饋的情況下理解粒子動力學(xué)。這一步對于在引入更復(fù)雜的耦合機(jī)制之前建立直覺至關(guān)重要。
從那里，課程進(jìn)入使用kinematicParcelFoam進(jìn)行雙向耦合模擬。
耦合方式有：
1.單向耦合---前一個分析的結(jié)果作為載荷施加給下一個分析，而下一個分析的結(jié)果不會影響前一個場的分析結(jié)果；
例如，在熱應(yīng)力問題中，溫度場會在結(jié)構(gòu)場中引入熱應(yīng)變，但是結(jié)構(gòu)應(yīng)變通常不會影響溫度分布。因此，無需在兩個現(xiàn)場解決方案之間進(jìn)行迭代。
2.雙向耦合---兩個物理場的結(jié)果會相互影響。
3、分析求解
多物理場分析能力增強(qiáng)，新增強(qiáng)熱固耦合分析，支持導(dǎo)入上游電磁、流體分析結(jié)果進(jìn)行單向流熱固耦合分析。
工藝過程仿真能力增強(qiáng)，新增漸進(jìn)式生死單元、移動熱源、路徑輔助函數(shù)等多項(xiàng)功能，可模擬3D打印、平行縫焊、切割等工藝過程仿真。
新增監(jiān)控請求和計(jì)算監(jiān)控功能，支持在求解過程中查看殘差、點(diǎn)位移等參數(shù)或變量，幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提升工作效率。
核心技術(shù)亮點(diǎn)
? 雙向耦合機(jī)制 (2-Way FSI)：實(shí)現(xiàn)流體壓力場與固體位移場的實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)交換，非單向弱耦合。
? 動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)：采用 重疊網(wǎng)格技術(shù)處理圓柱體的高速大位移運(yùn)動，有效避免動網(wǎng)格重構(gòu)導(dǎo)致的質(zhì)量下降。
? 精準(zhǔn)空泡捕捉：VOF 多相流模型配合空化模型，清晰捕捉空泡壁面分離、擴(kuò)張及表面閉合現(xiàn)象。
熱 - 結(jié)構(gòu)耦合
o 單向耦合：熱→結(jié)構(gòu)（溫度→應(yīng)力），適合熱變形主導(dǎo)、結(jié)構(gòu)變形對溫度影響小的場景（如管道熱膨脹）。
o 雙向耦合：熱?結(jié)構(gòu)（變形改變接觸熱阻 / 對流面積），適合大變形、接觸界面熱阻敏感的問題（如剎車盤熱 - 應(yīng)力耦合）。
三、模塊選擇建議
1. 優(yōu)先選穩(wěn)態(tài)熱分析做快速方案篩選，再用瞬態(tài)熱分析驗(yàn)證動態(tài)響應(yīng)，最后用Fluent優(yōu)化流體對流細(xì)節(jié)。
2.
本課程不涉及**完全耦合流固耦合**內(nèi)容，重點(diǎn)聚焦于單向流固耦合與指定運(yùn)動，非常適合希望夯實(shí)基礎(chǔ)再進(jìn)階學(xué)習(xí)的入門者。課程還會重點(diǎn)關(guān)注求解器穩(wěn)定性、網(wǎng)格質(zhì)量及常見的參數(shù)設(shè)置錯誤，幫助學(xué)習(xí)者識別并規(guī)避動網(wǎng)格仿真中易出現(xiàn)的問題。
課程配套提供所有演示算例的完整文件，學(xué)習(xí)者可直接復(fù)現(xiàn)視頻中的仿真操作。
本模塊通過穩(wěn)態(tài)單向流固耦合(FSI)分析，計(jì)算風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在氣動載荷作用下的變形。計(jì)算過程使用Fluent軟件，并包含計(jì)算結(jié)果和幾何文件……5
（1）mechanical
（2）Fluent
（3）耦合
在流體到固的單向耦合仿真中，常常需要傳遞的物理量是壓力和溫度，它們可以作為結(jié)構(gòu)分析的載荷條件。
不同軟件之間數(shù)據(jù)格式不通，需要人為的去做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。更關(guān)鍵的是，在實(shí)際項(xiàng)目中，做CFD仿真的和做CAE仿真的壓根不是一個人。
這會帶來兩個問題：
(1) 流體壁面和結(jié)構(gòu)壁面模型坐標(biāo)系不一致，參數(shù)無法直接用；
(2) 流體壁面和結(jié)構(gòu)壁面玩?zhèn)€節(jié)點(diǎn)不一致，無法進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的參數(shù)傳遞。
