單向耦合的案例
在流體仿真中使用單向耦合方法的優勢
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中的片上實驗室裝置和微型反應器中都可以找到，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點，我們會發現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）進行求解，而在第二個研究步驟中，同時選擇了傳熱（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行求解，由于非等溫流動 多物理場節點提供的應用耦合，在第二步驟中可以自動得到結果。這種研究設置從 COMSOL Multiphysics 5.3 版本開始預設并且可用，在穩態模擬中稱為穩態，單向耦合，非等溫流動(NITF)，在瞬態模擬中稱為瞬態，單向耦合，非等溫流動(NITF)。
單向和雙向耦合的結果比較
我們可以通過增加一個穩態的、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果。在計算了這兩個研究后，發現結果只有微小的差別。上部通道壁上的平均傳熱系數，可能是模型最感興趣的結果，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算的數值誤差小得多。此外，計算時間也減少了一半，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。
單向耦合穩態解的溫度結果。
雙向耦合穩態解的溫度結果。
展開 淺談多物理場仿真技術中的單向耦合
圖 5 氣動噪聲與結構分析的耦合計算
單向耦合技術的優勢與不足
結合上文中的分析，我們可以發現單向耦合計算具有較為廣泛的應用場景，主要原因有兩點，一是單向耦合計算求解架構簡單，易于上手，能夠快速將多物理場聯合仿真的思路應用到各個行業的產品設計之中；二是計算規模適中，通常的單向耦合計算僅為多個物理場計算過程的簡單疊加，不需要額外的迭代與循環。相比之下，雙向耦合的計算規模就要遠遠大于單向耦合，因此難以應用在過多的產品設計之中。
當然，單向耦合計算也存在一定不足，那就是當下游數據反過來對上游結果產生較大影響時，無法保證計算精度。比如上面提到的電機行業，不同溫度下，繞組線圈的電阻數值是有較大差異的，這時如果采用單向耦合，Maxwell計算所用到的電阻值，就只能在均勻溫度分布的假設條件下開展仿真，這樣就會在某種程度上造成計算精度的損失。因此，是否在仿真計算過程中采用單向耦合技術，還需要進行綜合考量。
12月27-29日，安世亞太大咖慧將推出CFD仿真專題培訓，內容包含：多物理場仿真技術介紹及案例應用、多物理場仿真中流固耦合技術介紹及案例、多物理場仿真中CFD與電磁耦合技術介紹及案例。專題課每天1講，每講包括課程講解和現場答疑兩個部分，歡迎感興趣的用戶報名聽課。
展開 ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，FSI）計算，通常用于考慮流體與固體間存在強烈的相互作用時，對流體流場與固體應力應變的考察。FSI計算按數據傳遞方式可分兩類：單向耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數據只從流體計算傳遞壓力到固體，或者只從固體計算傳遞網格節點位移到流體。雙向耦合則在每一時刻都同時向對方發送相應的物理量（流體計算發送壓力數據，固體計算發送位移數據）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進行單向流固耦合計算。我們這里來舉一個最簡單的單向耦合例子：風吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計，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，固體的應力分布。當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 工程關系
圖2 進入DM建模
2 DM創建模型
進入Fluent中的DM進行模型創建，如圖2所示。流固耦合計算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時具有流體和固體模型，而且流體計算中只能有流體模型，固體計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入，所以我們保留固體與流體模型。
展開 Maxwell與ANSYS Icepak單向耦合仿真
使用Maxwell和Icepak軟件，對某一模型的電磁渦流效應進行了電磁-熱流單向耦合模擬計算
單向耦合：在Maxwell中對模型進行各種參數的設置并進行了相應的求解計算；將Maxwell的幾何模型通過DesignModeler導入Icepak，在Icepak中進行熱流分析的各種設置，并進行求解計算，得到模型的溫度分布
極致仿真 卓越設計
來源：中潤漢泰
PFC單向流固耦合——模擬顆粒落入流動的水中
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、利用達西定律實現雙向耦合
3、和第三方的算法或者流體軟件進行耦合(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。
由于當水比較多的時候，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網格和顆粒。這里的網格使用我之前帖子中生成方形網格的小程序生成節點和單元文件。
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] ...
展開 農業機械清選仿真-Fluent-RockyDEM單向耦合
最近嘗試了Fluent與Rocky DEM單向耦合，記錄下使用的心得。Rocky DEM被Ansys收購之后，它們之間的耦合幾乎無需復雜的配置了，RockyDEM安裝上即可實現和Fluent的耦合。這里有一個雙層篩的清選段模型，出口裝有風機，設計風量為12000m3/h。右上入口落入原糧、清雜（包含長短不一的水稻莖稈），其中原糧占混合物總重的97.5%；右側通道中有一料滾以52rpm的速度順時針旋轉，用以控制下落原糧的產量。按設計意圖，幾乎所有原糧應進入下方的雙層篩部分（未建模部分）進行篩選，可能有一定量的混合物由于雙層篩的振動加上風機作用到達左側通道入口，且其中會有部分莖稈進入清選腔。設計希望盡可能所有清雜進入清選腔并最終在腔低被收集，且盡可能不從出口飛出。
為演示起見，這個案例采用穩態CFD和離散元單向耦合。首先在SpaceClaim中刪去一些細微特征以保證后續得到質量較高的網格。模型關于xy平面對稱，為減少計算網格數量，在抽取流體域之后取1/2模型為計算區域。同時在料滾周圍創建一個圓柱作為MRF(Multi-Reference Frame)方法的空氣旋轉域和靜止域的邊界，后續將在旋轉域中使用一個轉速為52rpm的旋轉坐標系。最后將旋轉與和靜止域之間進行共享拓撲，確保網格共節點。模型需要給各個邊界設置Name-Selcetion，詳見評論區鏈接中scdoc文件，該模型已經被處理成1/2封閉幾何模型，需要用SpaceClaim2021R2或更高的版本打開。
在Fluent-Meshing中以skewness≤0.8為標準生成面網格，面網格最大尺寸34.2mm，最小尺寸2.1mm，并施加全局曲率細化控制和鄰近細化控制。
展開 Fluent與Structure單向瞬態耦合流程的實現
Fluent與Structure單向瞬態耦合流程的實現.docx
原本在ANSYS Workbench中，單向流固耦合僅限于穩態數據傳遞，即導入到Structure中的數據為某一時刻的data數據，不能實現連續時刻的數據輸入。近期ANSYS Workbench開發了新的Workbench ACT插件，借助CFD-POST的Macros Calculator功能來實現流固耦合的單向瞬態數據傳遞。
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【年終系列實例EX4】流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算分析
流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算分析
1 實例說明
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力。不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。采用ANSYS CFD單向流固耦合可以計算管道所承受的應力應變。本教程以彎管應力分析為例，描述利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊進行單向流固耦合計算的步驟。
2 計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1數據流程
3 計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型（既包含流體，也包含固體）
4流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4邊界命名
圖5流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算及濕模態分析
濕模態分析實際上是在單向流固耦合計算基礎上進行的預應力模態分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對其進行單向流固耦合計算，然后在此基礎上開展彎曲管道在流體作用下振動模態分析。
單向流固耦合計算
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。
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計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1 數據流程
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計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2 計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
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流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計算及濕模態分析
濕模態分析實際上是在單向流固耦合計算基礎上進行的預應力模態分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對其進行單向流固耦合計算，然后在此基礎上開展彎曲管道在流體作用下振動模態分析。
單向流固耦合計算
工業管道系統中經常出現彎管。流體介質流經彎曲管道時，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會對管道產生額外的應力。
1
計算思路
眾所周知，CFD計算的目的是為了獲取計算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結構有限元計算的目的是為了獲取結構件上應力、應變和位移等物理物理量。單向流固耦合計算的基本思路為：利用CFD軟件計算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構件上，利用有限元軟件計算固體應力應變。
單向流固耦合計算的數據流程如圖1所示。
圖1 數據流程
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計算模型
計算幾何模型如圖所示。
圖2 計算幾何模型
圖3 DM中創建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
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流體計算設置
雙擊B3單元格進行流體網格劃分。在mesh中進行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進行網格劃分，采用網格尺寸為5mm，生成的流體計算網格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計算網格
返回至FLUENT中進行流體計算設置。
展開 淺談流固耦合<2>：ANSYS中的流固耦合
在ANSYS軟件中使用流固耦合計算是很方便的。
在ANSYS中，進行流體計算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學計算的模塊主要是APDL（俗稱的經典模塊）與Mechanical。這四款軟件的中流體計算模塊與固體計算模塊的相互組合，即可構成流固耦合計算方案。由于本人對于APDL的耦合計算應用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應用。
前面提到，流固耦合計算可分為單向耦合與雙向耦合，利用CFX或FLUENT與Mechanical的聯合仿真，可以實現單向耦合和雙向耦合。（需要注意的是：14.0之后的版本中才允許FLUENT通過System Coupling模塊與Mechanical實現雙向耦合計算，在之前的版本中FLUENT只能做單向耦合）。
1、單向耦合
單向耦合指的是只有一方求解器向另一方發送數據信息，另一方并不反回數據。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發送壓力及溫度數據。這是最常見的單向耦合計算。通常用在固體熱應力計算，或計算流體載荷在固體上產生的應力。一般來說這種計算都是基于固體小變形假設，也就是說固體的形變對流場產生的影響可以忽略。
（2）固體變形對流場的影響。這種情況在實際計算過程中很少應用到，因為流體計算中的動網格功能完全可以滿足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應用于流體作用于固體變形耦合強烈的領域。通常需要考慮到固體變形對流場的影響。分為兩種情況：
（1）擾動由流體引起。即流體流動導致固體變形，固體變形引起流場的擾動。如渦激振動就是一種典型情況。
（2）擾動由固體引起。固體變形引起流體流場擾動，之后流體流場反作用與固體變形，研究其相互作用。
這兩種情況在實際應用中都會經常遇到。
OK，下面談一下如何在ANSYS中解決這幾類耦合問題。
展開 
如何使用 COMSOL 進行電熱分析？
在研究中，我們同時執行了單向耦合（不依賴于溫度的材料特性）和雙向耦合（依賴于溫度的線性電阻率傳導電流模型）。在這兩種情況下，采用兩種公式都可以獲得相同的解，但是當使用穩態公式解決電流問題時，仿真需要的時間更少并且占用的內存更少。本示例在計算上相對較簡單，但穩態電流公式（如果可能）更適用于求解計算更復雜的問題。
在 3D 幾何圖形上繪制溫度分布，并使用各種公式計算最高溫度。 “ec” 是指電流（公式）。
結語
本篇博文介紹了簡化電熱分析的各種研究類型。在交流電流情況下，頻域-瞬態，單向耦合和頻域-穩態，單向耦合研究類型是解決單向耦合問題的首選。而使用頻域-瞬態和頻域-穩態研究類型可以處理雙向耦合問題。
在直流情況下，我們可以忽略電流方程中與時間有關的項，但仍然可以獲得準確的溫度解，并減少計算時間和資源。
無論問題多復雜，請最好先從單向耦合入手，以確保模型在引入溫度相關特性之前能夠正常啟動并運行計算。通過分步驟的工作，我們可以更有效地識別和糾正潛在的錯誤源。祝您建模愉快！
來自http://cn.comsol.com/blogs/which-study-type-should-i-use-for-my-electrothermal-analysis/
作者by Aline Tomasian
展開 空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合） ￥6
空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合）
1、引言
空調管路中，特別是吸、排氣管及回油管，由于其與壓縮機（振動源）直連，在運行過程中振動響應較大，為避免振動過大導致管路開裂、壽命縮短等一系列問題，有必要對管路進行模態分析，避免管路共振頻率與壓縮機運行頻率接近產生共振效應。
常見的管路模態分析未考慮流體效應（冷媒）對管路結構振動特性的影響，因此，本文利用干模態、濕模態及單向流固耦合三種分析方式，三種情況下的模態結果進行對比研究。
2、空調管路模型仿真前處理
采用Creo軟件建立管路三維模型，如下圖所示，模型中已預先建立流體區域，共兩個主體。
將三維模型導入Hypermesh中進行網格劃分，當然在這里也可直接導入workbench，利用默認的mesh工具進行網格劃分，但是該工具的網格質量無法控制。網格劃分是仿真的基礎，也是較為重要的一步驟，如何劃分高質量網格并非本文重點，不在過多闡述。網格劃分效果如下圖。
結構的約束條件采用兩端固定支撐，管路材料屬性采用紫銅，冷媒材料屬性采用R410冷媒，各材料屬性參數如下表所示：
網格劃分、約束條件、材料屬性定義之后，便可開始進行以下各類模態分析計算。workbench具有很好的模塊間數據傳遞功能，本文所涉及的三種模態分析，其數據傳遞如下。
3、空調管路干模態分析
干模態分析，即一般的結構模態分析，不涉及流體效應對模態的影響，由于壓縮機頻率在20Hz~120Hz左右，因此，可對前10階模態進行分析，保證模態頻率在壓縮機頻率運行范圍之內。干模態在結構振動仿真中較為簡單，只需要設置約束條件、材料屬性等少部分參數，便可進行計算。
展開 ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS 流固耦合分析的基本步驟
ANSYS在原有Mechanical APDL(也叫ANSYS Classical)的基礎上，相繼合并開發了ANSYS Workbench CFX和ANSYS CFX,從12.0版本開始又合并集成了另一款著名的計算流體力學軟件FLUENT。通過堅持不懈的努力，ANSYS流固耦合分析從單向到雙向、從簡單二維模型到復雜三維模型、從小變形分析到基于動網格或網格重構的大變形分析，功能不斷增加，分析能力大幅加強、分析結果日益精確。
同時，由于集成了多個產品，流固耦合的分析使用方法也變得多種多樣，比如可以通過Mechanical APDL Product Launcher設置基于MFX的雙向耦合分析，可以通過Mechanical APDL本身設置與CFX或FLUENT的單向耦合分析，可以通過ANSYS Workbench設置與CFX和FLUENT的單向耦合分析，通過ANSYS Workbench平臺設置ANSYS和CFX的雙向耦合分析，
到13.0版本雖然還不支持ANSYS與FLUENT的雙向耦合分析，但是通過第三方軟件MPCCI也可以輕松實現雙向耦合分析，具體的可行性設置方式如表1所示。
展開 EDEM與SimSolid單向靜力耦合 ￥20
1 前言
在農業機械相關的研發工作中，時常會遇到如何在顆粒離散元和結構靜力學之間進行耦合的問題。市場上已有一些解決方案，其中離散元軟件EDEM作為目前國內市場占有率最大的軟件，和它的多物理場耦合方案受到更多關注。這里我就以一個簡單的出倉機為例來說明EDEM和無網格有限元軟件SimSolid之間的單向靜力耦合流程。所謂單向靜力耦合，指先由EDEM計算離散元，離散元計算得到的顆粒對有限元模型的接觸力和力矩單向傳遞給有限元結構，作為有限元的載荷條件，最后計算出有限元的位移、應力等。由于結構是靜力學分析，因此有限元結構沒有運動，不會反過來影響顆粒的位置，所以這個過程是從離散元到有限元單向進行的。
出倉機和糧倉模型如下，工作原理是在糧倉堆積一定物料后，出倉機的絞龍圍繞中心進行一定速度的公轉和自轉，將倉內物料由下方出口清出。當然在這里為了演示縮短時間，僅計算艙內堆積了一定高度之后出倉機在靜止狀態下所受的物料的力。糧倉上面為敞口的。
出倉機模型
出倉機和糧倉
2 EDEM計算設置
打開EDEM后，右擊Creator Tree中的Geometries，選擇Import Geometry。
選擇提供的parasolid格式的CAD模型，點擊打開。
在幾何導入參數中，保持默認即可，點擊OK。
導入后發現圖形界面出現了幾何模型。展開Geometries，為了便于管理眾多的部件，選擇除了valve和container之外的所有部件，右鍵，并選擇Merge Geometry。
展開 