交界面的案例
[問題討論]Fluent中內部界面（interior）與交界面（interface）比較
這兩種面用于兩個區域的交界處，在此界面上不需要用戶輸入任何內容，只需要指定其位置。
一般內部節點單元的表面都默認是內部界面。
內部界面實際是兩個區域公用一個界面（只有一個面）。交界面（interface）也是兩個區域的交界，不同的是有兩個面成對出現。對于交界面，必須是重合或部分重合，需要在fluent中定義。交界面網格劃分可以不一樣，fluent會自動在重合的部分進行變量的插值和傳遞。這個功能使得劃分網格變得容易許多，對于復雜的模型可以采取分塊劃分。如果可以熟練的將兩個區域的網格劃分出來，并使得交界處的節點統一（合并節點），那么可以不用采用interface，直接采用interior是最好的選擇，因為采用這種方式即提高計算速度又提高計算精度。相反，采用interface由于插值過程的存在，必然會降低計算速度和精度。
注意：interior界面處的網格必須節點保持一致，interface可以不用一致，但要保證interface是成對出現的。
圖 interior面節點形式
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展開 STAR-CCM+流固交界面處理教程：管道大變形過程的流固耦合分析
為了考慮流體與固體之間的相互作用，激活Fluid Structure Coupling，該模型允許在流-固界面進行隱式數據交換，從而實現流固耦合分析。Nonlinear Geometry模型用于模擬非線性現象，如大的位移和旋轉運動，以及細長零部件的拉伸或壓縮變形。對于非線性幾何現象（大應變）和非線性材料，平衡方程是非線性的。為了求解非線性方程組，Simcenter STAR-CCM+采用牛頓迭代法更新剛度矩陣。固體域激活的模型如圖4所示。
圖4 固體域所用模型
定義可壓縮流體的狀態方程，流體密度由聲壓和聲速計算得出。流體特性需要用Field Functions定義，包括流體密度、水聲速和密度-壓力導數，如表2所示。注意：需要激活可壓縮才能出現完整的屬性界面：Continua > Fluid Physics > Models >User Defined EOS node.
表2 水的屬性
其中的聲速和密度-壓力導數用Parameters定義，密度用Field Function給出，見圖5。材料物性的設置列于表3中。
圖5 Parameters和Field Functions定義
表3 水的材料物性設置
管道壁面的固體材料物性如表4所示。
表4 固體屬性
除流體速度外，其他物理量如位移、壓力和固體速度等的初值全部為0.
創建流-固界面
在流-固耦合問題中，流體和固體域通過共用的交界面交換場數據。由于FE solid stress框架完全基于Parts，因此可以從流體Parts和固體Parts之間的Contact 創建流-固交界面。通常在分配Parts到Regions時已經自動創建出Interface。
展開 離心式壓縮機仿真案例
）；
二、多參坐標系（MRF模型）理論摘要
1、Overview；
MRF模型為穩態近似的方法，能夠在獨立的計算域內賦予不同的旋轉或平移速度，在移動計算域內使用移動參考坐標系方程進行求解（moving reference frame equations），靜止域（ω=0），方程簡化成靜止形式，動靜交界面位置，一個本地參考坐標系轉換被應用（local reference frame transformation）使在一個區域內的流體變量被使用計算在其相鄰區域邊界位置上流率；
注，MRF方法不能夠考慮移動區域對于相鄰區域（可能是移動或靜止）的相對運動，計算網格保持恒定不變，這是一種類似于在某一位置凍結（analogous to freezing）運動部件運動，并觀察轉子在某一位置的瞬態連續流場，因此MRF通常被成為是凍結轉子方法“frozen rotor approach”；
2、MRF Interface Formulation；
MRF形式被應用在交界面處將取決于使用的速度形式，交界面處需應用速度和速度梯度值（交界面處兩側絕對速度相等），速度矢量方程應隨著參考坐標系的改變而改變，標量方程如溫度、壓力、密度、湍動能等不需要特殊的處理（本地傳輸過程沒有任何改變）；
Fluent應用MRF模型，計算域被分成了多個子域（subdomains），相對于慣性坐標（stationary/inertial frame）子域可能是移動或旋轉的，子域守恒方程寫成關于子域參考坐標的形式；
注，動靜交界面邊界設置：選中靜域和動域間的所有“interface”（共節點形式），進行自動“mesh interface”創建（自動配對、命名并創建成“interior zones”）；
3、移動參考坐標系方程；
考慮坐標系統以線性速度vt進行平移并以角速度
展開 航空發動機整機三維氣動仿真研究進展
基于交界面處理的整機仿真
2000—2007年，美國斯坦福大學湍流研究中心（CTR）在美國能源部先進仿真與計算倡議（ASCI）項目的支持下，集中對航空發動機跨部件三維數值方法開展了研究，重點解決了兩部件不同程序之間的集成問題，并進行了測試和示范性的應用。例如，當燃燒室（NCC程序）和高壓渦輪（TFLO程序）采用不同的仿真程序時，實現跨部件數值仿真需要解決這兩個程序間交界面處理的問題。他們采用的是耦合多處理器求解器處理，即通過消息傳遞接口程序（MPI），建立多仿真程序并行同步通道，實現數據交換、時間同步以及當網格相對位置變化時重新初始化通信數據等功能。在交界面兩側的仿真程序需要通過插值給定相互的流動條件，達到交界面變量守恒。
2003年CTR進一步開展研究，解決了交界面并行通信處理以及大渦模擬（LES）和雷諾平均模擬之間聯合仿真的交界面邊界條件處理等關鍵技術，最后通過簡單流動測試算例證明了基于交界面處理信息技術的可行性及跨部件耦合計算的優勢。2005年，CTR將其耦合計算模塊發展成為高性能集成多物理仿真耦合器（CHIMPS），基于腳本語言Python編寫，同時運用了pyMPI并行包，使之能夠指定各仿真程序以及CHIMPS之間的通信。Python函數形式的編碼方式使得在執行程序時更加自由。此外，CHIMPS還包括一組通用內插和通信庫。為了驗證軟件的可行性，進行了簡單算例的預處理求解和插值誤差的確認，隨后開展了兩個應用研究。第一個應用是采用可壓和不可壓雷諾平均N-S方程耦合求解機翼流場；第二個應用是對渦扇發動機核心機進行氣動仿真（見圖3），壓氣機和渦輪采用RANS，而燃燒室采用低馬赫數大渦模擬。
展開 
STAR-CCM+流固模態-雙向流固耦合案例
3）映射接觸交界面
流固耦合交界面的處理是流固耦合計算中的關鍵技術。建立流固耦合模型時需要在流體域和固體域間添加交界面，但流體網格通常比固體網格更加精細，交界面網格節點不存在一一對應的關系，交界面間是非共形網格。STAR-CCM+中流固耦合交界面使用映射接觸交界面，這種交界面不是壓印連接，而是依賴于交界面各面之間的間接關聯，用于數據映射器，這樣做的好處是允許交界面上存在非共形網格、映射過程沒有網格發生壓印，能夠保留最初創建的高質量網格。
4）剛體運動與變形疊加
為了在流體域中反映結構的變形，需要建立網格變形模型。在一些流固耦合的應用中，結構在變形的同時經歷了較大的剛體變形，結構的位移是剛體運動和變形的組合。比如固定在船上的螺旋槳隨著船體晃動的同時在水中耦合變形，作用在螺旋槳上的流體載荷和剛體運動產生的加速度載荷作為載荷傳遞給螺旋槳的結構模型。結構模型計算產生位移，螺旋槳周圍的流體網格隨之變形。
STAR-CCM+提供了多種形式，可以根據實際模擬的運動情況選擇合適的方案，要注意的是某些運動形式只能完成雙向或單向耦合。
3、雙向流固耦合的數據傳遞
四、風扇流固耦合案例
1、計算域模型
幾何模型為四葉風扇，固體域部分為扇葉。通過添加進口段和出口段，形成封閉的流體計算域，風扇通過滑移網格模擬，旋轉區域和固定區域之間通過Interface連接。
2、設置流程
3、固體域設置
1）網格采用定向網格（Directed Mesh）劃分，生成楔形網格，并采用高階單元。
展開 螺旋槳數值模擬CFD方法
RBM為剛體運動法，也稱之為滑移網格法，該方法通過網格的旋轉來模擬槳的真實運動，在旋轉域和外部靜止域之間通過交界面進行流場信息傳遞，是一種瞬態方法。
OM為重疊網格法，也稱之為嵌套網格法，最近幾年應用的越來越廣泛和成熟。與RBM法類似，該方法也是一種瞬態方法，只是處理交界面的方式有所不同。
對比以上三種方法，各有其優缺點：
MRF方法是一種穩態方法，因此具有設置簡單、計算快速、易于收斂等優點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
OM方法與RBM方法類似，得益于重疊網格在處理諸如極限、交叉、耦合等運動方面的優勢，該方法在處理船-槳-舵耦合運動及干擾、自航模、操縱性模擬等方面應用更為廣泛。
2
從網格生成的角度來看，MRF方法和RBM方法可以共用一套網格，二者處理計算域、交界面的方式完全相同，因此本次推送主要介紹這兩種方法，OM方法因為網格需要單獨生成，因此放在下次推送中進行介紹。
下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。
展開 螺旋槳數值模擬方法
這里介紹兩個心得：
槳葉的特征線
交界面兩側各生成一層棱柱層網格
為了對槳葉的導邊和隨邊進行更好地捕捉，建議在幾何處理階段，生成導邊和隨邊的特征線，以便在網格劃分時，采用線控制加密的方式處理槳葉表面網格。特征線如下圖所示：
第二，為了提高交界面處插值的精度，減小數值傳遞誤差，因此建議在交界面兩側各生成一層棱柱層網格，其尺寸設置一致。
如下圖紅圈中所示：
之后可以分別進行MRF方法和RBM方法的設置，在STAR-CCM+軟件的官方文檔中都有相應的案例，給出了詳細的操作步驟，這里不再贅述。
建議大家親自動手，對比一下兩種方法，實踐出真知。
下面給出此次計算的結果，采用的方法是RBM，敞水曲線如下圖：
可以看出計算值與試驗值吻合很好，在較大的進速系數時，計算結果誤差稍微增大，但都在5%以內。
下圖給出了渦的示意圖，葉梢和槳轂的渦流捕捉的也不錯，相信加密網格和更改高級湍流模型（DES、LES）效果會更好。
展開 旋轉機械 | 螺旋槳數值模擬方法
這里介紹兩個心得：
槳葉的特征線
交界面兩側各生成一層棱柱層網格
為了對槳葉的導邊和隨邊進行更好地捕捉，建議在幾何處理階段，生成導邊和隨邊的特征線，以便在網格劃分時，采用線控制加密的方式處理槳葉表面網格。特征線如下圖所示：
第二，為了提高交界面處插值的精度，減小數值傳遞誤差，因此建議在交界面兩側各生成一層棱柱層網格，其尺寸設置一致。
如下圖紅圈中所示：
之后可以分別進行MRF方法和RBM方法的設置，在STAR-CCM+軟件的官方文檔中都有相應的案例，給出了詳細的操作步驟，這里不再贅述。
建議大家親自動手，對比一下兩種方法，實踐出真知。
下面給出此次計算的結果，采用的方法是RBM，敞水曲線如下圖：
可以看出計算值與試驗值吻合很好，在較大的進速系數時，計算結果誤差稍微增大，但都在5%以內。
下圖給出了渦的示意圖，葉梢和槳轂的渦流捕捉的也不錯，相信加密網格和更改高級湍流模型（DES、LES）效果會更好。
文章來源：shipCFD
展開 【產品】智能熱流體仿真軟件AICFD 2026R1發布
新增HRIC高分辨率界面捕捉格式，優化離散格式穩定性，大幅提升自由液面、晃蕩、射流破碎等問題的界面分辨率與計算魯棒性。
通量格式與數值方法：新增Roe、AUSM+等高級通量格式，適用于可壓縮高速流動；優化對流項、擴散項離散格式，瞬態時間推進算法進一步增強；提供動量預測、旋轉機械高級限制等專家選項，滿足資深用戶的精細化調試需求。
新增交界面模型：多孔階躍交界面模型、域內風扇交界面模型，無需精細建模即可快速模擬多孔介質、風扇等部件的宏觀效應。
5、后處理升級
幀選擇器與多模式動畫：支持按時間步、物理時間切換后處理結果；新增穩態動畫、瞬態動畫、AI網格歷程動畫、DPM粒子動畫四種模式，提供播放控制與視頻、動態圖導出功能。
數據導出增強：流場數據支持輸出為Tecplot可讀的.dat格式；流線軌跡及沿程物理量數據可導出；統計報告支持自定義內容導出。
6、界面交互升級
全新菜單布局：圖標系統全面更新，整體配色與視覺風格更加現代；方案樹節點支持折疊/展開，信息層級清晰。
智能助手深度集成：智能問答算法更新，新增軟件語言自適應功能，優化中文路徑支持，提升國內用戶使用體驗。
格式支持擴展：網格導入新增ANSYS Fluent (.cas)、Numeca (.msh)；導出支持.msh、.cgns等通用格式。
批量處理能力：優化多網格文件導入流程，改進網格合并與管理功能，提升大規模仿真任務處理效率。
其余功能更新，歡迎試用：
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展開 STAR-CCM+ | 重疊網格：羅茨鼓風機
創建重疊網格交界面
在模擬過程中，在各個區域中的重疊網格之間需要進行數據交換。要實現區域彼此關聯并進行數據交換，就需要在背景區域和重疊區域之間以及兩個重疊區域之間創建重疊交界面。
反向旋轉葉片的邊界彼此接近，在它們之間形成一個小間隙。在這個很小的間隙中至少兩到三個網格。要確保始終滿足此要求，必須激活邊界層收縮。邊界層收縮使緊鄰的壁邊界之間的邊界層單元變形，進而就會呈現出上面圖片中邊界層厚度隨縫隙變薄的情況。
創建重疊網格交界面的步驟具體如下：
創建
Lobe1區域和背景網格之間的交界面。同時選中
Lobe 1 和
BG，右擊二者中任意一個，選擇
Create Interface >
Overset Mesh；
創建
Lobe2區域和背景網格之間的交界面。同時選中
Lobe 2 和
BG，右擊二者中任意一個，選擇
Create Interface >
Overset Mesh；
創建
Lobe1區域和
Lobe2區域之間的交界面。同時選中
Lobe1 和
Lobe2，右擊二者中任意一個，選擇
Create Interface >
Overset Mesh；
設置上述交界面參數。
展開 基于STAR-CCM+電池熱管理仿真中交界面interface處理
interface可譯作界面或者接口，在程序語言中，多理解為接口，而在STAR-CCM+中個人認為應該譯作交界面，即兩種不同介質（物理場）的交界面或者耦合面。
在常用的場合中一般涉及流固耦合，溫度場和流動場的計算，在這種計算中，interface是必不可少的定義。如下圖的region定義，對于三者的接觸耦合面就需要定義interface。如圖3，即定義出的interface。
圖1
但是，其中有個問題，如下圖所示，在定義了一個interface后，在原region中對于原本已經存在的boundary，會得到一個對應boundary，這是作為interface的boundary，兩個region中都會有對應的這種boundary，如圖3。但是對于原本已經存在的boundary（interface_l-shell），其熱規范該如何設置呢？默認狀態下這里是絕熱的。
圖2
個人認為，在沒有特殊要求的話，此處就是保持默認設置即可。之前我覺得此處明明是流固的對流換熱面，是存在著熱量交換的，怎么絕熱？后來，我思考了之后，真正的換熱面是圖1所示的，是建立在有交界面的時候的，熱交換的物理過程是發生在此處，這是個虛擬面，點擊此處，在視窗區域也是沒有對應顯示的，也驗證了這一點。
但圖二中面，比如xt外面沒有設置空氣，那么xt外面對于環境就沒有交界面，但xt和外界有對流和輻射換熱，如果不想建立外面的空氣域，可以域的里面改變交接的外界的傳熱方式，方便計算，如圖4.
圖3
圖4
本人對新能源汽車有免費資料分析公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
展開 
基于ansys workbench 多層復合壁的導熱（體現接觸熱阻）
多層復合壁模型：
從左往右三層的材料分別為銅，鋁，鋼，厚度分別為10mm，15mm，5mm，模型如下：
接觸熱阻為100000時溫度場分布及溫度變化云圖如下：
當接觸熱阻為1000時，銅與鋁交界面的溫度為99.207攝氏度，鋁與鋼交界面的溫度為64.407攝氏度；當接觸熱阻為1000000時，銅與鋁交界面的溫度為91.424攝氏度，鋁與鋼交界面的溫度為58.766攝氏度。從結果可以看出，接觸熱阻對多層復合壁導熱的影響較為明顯。
shell單元與solid單元結點耦合
如圖1 所示，在柵板與外壁連接處用divide 命令將外壁分為兩部分，將外壁兩部分的交界面也用SHELL93 單元劃分網格，同時保證交界面上的SHELL93 單元的結點與體單元SOLID95 的結點一一對應，如圖2 所示。經過這樣處理后，在交界面上的SHELL93 單元結點與SOLID95 單元結點的自由度一致，由此可以保證內板與外壁連接處的結點的自由度保持一致。
圖1 分割外部圓筒 圖2 交界面網格劃分
算例驗證
只保留2 mm 厚的外部圓筒與2 mm 厚的內部柵板來建立驗證算例模型，如圖3 所示：
算例A：外壁與內板同為Area，用SHELL93 單元劃分網格。
算例B：外壁與內板同為Volume，用SOLID95 單元劃分網格。
算例C：外壁為Volume，用SOLID95 單元劃分網格；內板為Area，用SHELL93
單元劃分網格。兩者保證在連接處共線。
算例D：模型與算例C 一樣，但采用上文提出的處理方法來劃分網格。
邊界條件為外壁圓筒兩端固定，進行模態分析。四個算例前10 固有頻率比較如圖4 所示：
結論
由上圖可知算例C 與其他三個算例的頻率值偏差較大，其主要原因是交界處SHELL93 單元的三個自由度ROTX, ROTY, ROTZ 沒有被約束，能量耗散，導致頻率值偏低。而算例D 與算例A 和算例B 基本一致，尤其與算例A 比較吻合。由此可以證明本文的處理SHELL93單元與SOLID95單元自由度連接的方法是正確的。
展開 [案例分析]基于Fluent 14.5離心泵內部流場數值模擬教程
14、設置交界面
點擊①Mesh Interfaces，在Mesh Interfaces選項卡中單擊②【Create/Edit...】按鈕彈出對話框，在③中設置交界面名稱并在Interface Zone 1和Interface Zone 2中選擇交界面。如圖所示：
圖23 設置交界面
注意：在Fluent14.5版本中交界面是可以多選的，但不能重復。這里的交界面只有兩對，設置比較簡單。如果交界面設立的比較多，可以考慮采用命令行進行設置。設置方法如下：
define
mesh-interfaces
create
impeller-inletpipe
interface-impeller-inletpipe
（回車）
interface-inletpipe-impeller
（回車）
（回車）
（回車）
（回車）
create
impeller_shell
interface-impeller-shell
（回車）
interface-shell-impeller
（回車）
（回車）
（回車）
（回車）
create
.
.
quit
quit
（回車）
命令可以參考Fluent幫助文檔或相關書籍。
15、檢查網格
之所以把檢查網格放在設置交界面之后，是因為在Fluent 14.5版本中，如果有交界面的存在，沒有設置的話會出現警告提示。設置完交界面后就沒有提示了。此步最好在一開始就檢查，壁面前面不必要的過程。檢查網格在General選項卡中點擊【Check】按鈕即可。檢測通過標準為最小體積為正值。
展開 ICEM CFD中合并多個網格
網格光順界面如下圖所示。
我們可以將up to value的值設置高一些，比如0.5以上。
對于下方的處理，通常是固定hexa_8,quad_4以及pyra_5，然后光順tri_3與tetra_4，最后將所有的都進行光順。具體方法也沒有確定，可以自己進行嘗試。采用這種方法可以比較有效的提高交界面位置網格質量。
文章來源：CAE愛聯盟
