SCDM建模，F(xiàn)luent模擬，流固耦合的案例
FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
文章來源：南流坊
FLUENT流固耦合傳熱模擬
本教程演示了如何使用固體與流體或物體之間的耦合界面來模擬不同材料或相之間的熱傳遞。具體演示了如何模擬與環(huán)境空氣接觸的三維鋁立方體的散熱過程。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網(wǎng)格劃分。
（2）右鍵選擇計算域外部所有壁面，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱walls，單擊OK按鈕確認。
（3）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，依次選擇Mesh→Insert→Inflation。boundary選擇內(nèi)部立方體壁面。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，依次選擇Mesh→Insert→Sizing。boundary選擇內(nèi)部立方體壁面，Element Size填入0.009。
（5）設置網(wǎng)格尺寸為3.5e-2m。在Quality中，Smoothing選擇High。
展開 FLUENT/Mechanical流固雙向耦合模擬
來源：南流坊
作者： 楠胖
FLUENT/Mechanical流固單向耦合模擬
8 流固熱耦合計算
（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。
在Number of Time Steps中輸入500，單擊Calculate開始計算。
（2）計算收斂完成后，單擊單擊主菜單中File→Close Fluent按鈕退出FLUENT界面。
9 設置結構材料
（1）雙擊B2欄Engineering Data項，進入B2：Engineering Data界面，在該界面下進行材料屬性設置。
（2）在Outline of Schematic B2：Engineering Data窗口中，右鍵空白處選擇Engineering Data Sources按鈕，彈出的“ Engineering Data Sources”窗口，單擊鼠標左鍵選擇General Materials，在Outline of General Materials窗口中，選擇Stainless Steel單擊右側的“+”號。
（3）關閉B2：Engineering Data界面。
10 結構模型設置
（1）雙擊B5欄Model項，進入Static Structural界面，在該界面下進行模型的網(wǎng)格劃分和模型設置。
（2）在Geometry中，右鍵單擊流體域幾何體選擇Suppress Body禁用流體域。
（3）單擊選擇固體域，在Material中，Assignment選擇Stainless Steel。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，依次選擇Mesh→Insert→Method，Method選擇Hex Domainant，F(xiàn)ree Face Mesh Type選擇All Quad。
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基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（二）流固耦合
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接上一篇博客，基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算 ，目前已完成了從Hypermesh前處理到Fluent流場計算，獲得了流體結構邊界面的壓強信息，本篇博客將繼續(xù)說明后續(xù)的流固耦合計算過程。
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一、建立結構有限元模型
固體區(qū)域的結構如下圖所示：
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該結構為中空的薄壁結構，內(nèi)部有十字交叉的加強筋作為支撐。因此選擇使用殼單元進行結構力學計算，結構計算采用OPtistruct求解器，因此將Hypermesh切換到OPtistruct求解器模塊下
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導入幾何模型后，提取該薄壁結構的外表面（而不是抽取中面，因為需要保證結構域邊界和流體域邊界能在空間中對上，減小后續(xù)壓強數(shù)據(jù)映射的誤差），內(nèi)部加強筋則抽取其中面。修補幾何拓補關系后劃分網(wǎng)格，得到完整的結構力學計算所用有限元模型，如下：
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設置屬性與材料，需要注意的是，這里外型面的網(wǎng)格不是在幾何模型的中面位置而是在其外表面，因此需要設置一下pshell屬性里的ZOFFS偏移參數(shù)
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該參數(shù)可能為正可能為負，和殼單元的法向相關，至于是否設置正確，可以簡單的通過以下命令查看，該命令可以顯示殼單元的實際厚度，看能否和幾何模型對得上即可。
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到這里，結構部分的有限元模型便建好了，下一步需要將Fluent里的載荷映射到結構網(wǎng)格上。
展開 淺談流固耦合：幾個基礎問題及解決相關問題的軟件基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例
作為流流合版塊的版主，我感到慚愧。因為我?guī)缀蹙蜎]真正應用流固耦合做過工程。第一次應用流固耦合還要追溯到做碩士畢業(yè)論文的時候，當時做的是高壓水射流切割，屬于一個大課題中的小項，主要用的軟件是fluent。
但是利用fluent是沒辦法計算射流的切割效果的，流體軟件只能計算流場參數(shù)（壓力、速度、溫度等），對于應力計算實在是力不從心。我不知道導師是從哪里聽來的風聲，說讓使用mpcci將fluent與abaqus耦合計算固體變形乃至斷裂。當時也是初生牛犢不怕虎，老師說用那就用唄，于是開始關注固體計算，關注abaqus，關注mpcci。然而現(xiàn)實是殘酷的，流體與固體采用不同的計算網(wǎng)格（流體用歐拉網(wǎng)格，固體采用拉格朗日網(wǎng)格），對于斷裂的問題，單純采用abaqus勉強可算，然而耦合上流體之后，通常計算會以出現(xiàn)負體積而告終。
多次的失敗終于磨滅了導師的耐心，于是項目轉而采用LS-DYNA的ALE進行解決，而我的畢業(yè)論文，則徹底的舍棄了這一部分。搞射流的自然離不開噴嘴的設計，在研究射流噴嘴結構在高壓流體作用下的材料行為，于是又涉及到了流固耦合問題，這次很幸運，雖然壓力很高，然而壓差并不大，噴嘴的變形處于彈性小變形階段，我采用workbench中的CFX+ANSYS mechanic圓滿的完成了任務，計算的是雙向流固耦合，雖然到現(xiàn)在也不敢去評判計算結果的準確性，但好歹也是計算完畢，順利的通過了畢業(yè)答辯。
說起流固耦合，其實包含的范圍很寬。我們做流體，其實就包含了流場、溫度場、組分場等的計算。
流固耦合包含的以下幾類問題：
(1) 單向流固耦合。通常是忽略固體變形對流場的影響。
(2) 雙向流固耦合?？紤]流場對固體變形的影響，同時也要考慮固體形變對流場的影響。計算量很大，而且很難收斂。
(3) 熱應力計算。
展開 基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場計算
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一、概述
隨著計算科學以及數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀 80 年代以來，受到了世界學術界和工業(yè)界的廣泛 關注。流固耦合問題是流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學 （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學分支，同時也是多學科或多物理場研究的一個重要分支，它是研究可變形固體在流場作用下的各種行為以及固體變形對流場影響這二者相互作用的一門科學。了解流固耦合對于許多產(chǎn)品的設計至關重要。如果不考慮流體與固體之間的相互影響，則會導致產(chǎn)品性能被過高或過低估計。
流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結構變形非常小，并且可以認為結構的變形幾乎不會對流場的各項參數(shù)產(chǎn)生影響，或產(chǎn)品本身不允許在流體的作用下發(fā)生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強數(shù)據(jù)，并將壓強數(shù)據(jù)傳導到固體的表面進行結構力學計算。然而，如果結構發(fā)生大變形，流體的速度和壓力場就會因此發(fā)生改變，此時我們需要將其作為雙向耦合問題進行多物理場分析：流體流動和壓力場會影響結構變形，而結構變形又反過來影響流體的流動和壓力。實際工況中選擇進行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據(jù)實際產(chǎn)品及作用工況進行判斷。
本文將執(zhí)行一個單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進行流體域的建立和CFD網(wǎng)格劃分，然后導入至Fluent求解器進行流場計算，得到流體與固體界面的壓強信息，隨后將Fluent中計算得到的壓力信息映射至結構網(wǎng)格上，并使用Optistruct求解器進行結構力學分析。
展開 接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破
接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破碎，pbm顆粒碰撞長大，udf碰撞機理，動量源，質量源，能量源，顆粒壁面吸附，初始化溫度場，流場相關udf等。
FLUENT流-固-熱耦合分析
FLUENT流-固-熱耦合分析
ANSYS FLUENT軟件自V2019版本起，新增了Structure結構求解功能，能夠基于Fluent軟件進行簡單模型的結構應力、變形分析，具備線性及非線性結構分析功能。本案例基于ANSYS FLUENT 2020R1進行管道閥門流-固-熱三場耦合分析。
1 模型描述
如圖所示尺寸的三維管道模型，管道模型中存在4個簡化的閥瓣模型，給定管道入口氣體流速為10m/s，閥板內(nèi)給定體積熱源為2000000w/m^3；
閥瓣模型材料參數(shù)：
密度：2700kg/m^3；
比熱：871J/kg.K；
熱傳導系數(shù)：202W/m^2.K；
楊氏模量：2.5E7Pa；
泊松比：0.37；
2 網(wǎng)格劃分
本案例網(wǎng)格基于ANSYS ICEM CFD進行全六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格如下圖所示：
流體區(qū)域：480000六面體網(wǎng)格；
固體區(qū)域：3800六面體網(wǎng)格。
3 FLUENT求解設置
求解計算分兩步完成，首先不考慮結構變形對流體-固體進行穩(wěn)態(tài)共軛傳熱分析，然后基于上一步仿真計算結果考慮流固耦合作用實現(xiàn)瞬態(tài)流-固-熱耦合仿真分析。
3.1流固共軛傳熱仿真
? 啟動FLUENT軟件，利用菜單File>>Read case….打開文件對話框，讀入網(wǎng)格文件vavle_test.msh；新版本顯式界面如下：
? 新版本的FLUENT軟件默認選擇k-w sst湍流模型，本案例不做修改；
? 激活能量方程
? 邊界條件設置
1）固體區(qū)域熱源：2000000W/m^3；選擇對應的固體區(qū)域，勾選source terms加載能量源項。
展開 abaqus-fluent流固熱耦合
1.首先通過fluent計算得到模型的溫度場邊界，導出的文件格式選為inp，導入hypermesh去除流體邊界; 2.得到結構邊界后輸出為abaqus文件格式： 3.導入到abaqus中，修改材料參數(shù)，修改參考溫度“ 下圖中顯示了模型的膜層散熱系數(shù)，邊界溫度場： 替換熱傳導分析為熱固耦合分析步，
abaqus-fluent流固熱耦合.doc
FLUENT動網(wǎng)格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網(wǎng)格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統(tǒng)中固體區(qū)域運動控制方程，并將計算得到的邊界運動位移以動網(wǎng)格形式更新流場的邊界條件，從而實現(xiàn)雙向流固耦合仿真。其實，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經(jīng)是內(nèi)嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區(qū)域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時獲得結構最終位移和流場壓力及速度分布。
固體區(qū)域設置
流固耦合界面設置
仿真計算結果
文件列表
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基于LSDYNA的流固耦合模擬滑坡/泥石流ALE與結構FEM之間的撞擊 ￥150
任意拉格朗日-歐拉法結合了兩種計算方法的優(yōu)點，在計算的過程中可實時調整網(wǎng)格，適用于大變形材料的計算模擬。
本文的計算采用LS-DYNA平臺，將滑坡體的運動采用ALE的方法模擬，樁體采用FEM的方法模擬。
以下為模擬的案例：
無結構阻擋得模擬結果：
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跳轉
有結構物耦合作用的：
Ansys fluent16.0流固耦合散熱仿真
穩(wěn)態(tài)求解：風扇用MRF模型，在cell zone conditions中勾選Frame motion，設置好旋轉中心和轉速；
一、流固耦合交界面處理方法：
1、在SCDM中設置共享拓撲；
2、打開fluent meshing，軟件自動生成contact，每個接觸重命名為interface，在fluent中會自動生成交界面；
3、把自動生成的contact刪除，單獨命名各個接觸面為interface，之后在fluent/mesh interfaces中手動匹配；
4、將接觸的part進行form new part操作，之后就不用進行交界面的耦合操作（共節(jié)點）；
二、常見報錯：
1、 does not support overlapping geometry in contact region;
2、 does not support overlapping geometry in named sections;
第一種報錯是因為有一個面被設置在了多個接觸對中，檢查接觸面，刪除重復接觸面；
第二種報錯是因為有一個面被重復的命名，檢查named section，刪除重復命名截面；
展開 FLUENT動網(wǎng)格案例之十五：基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真 ￥499
基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真
薄膜變形一直都是ANSYS流固耦合分析的驗證算例，不論是雙向耦合還是單向耦合；是基于workbench還是system coupling模塊。其實，基于FLUENT自帶的網(wǎng)格重生成技術外加UDF函數(shù)控制，也能實現(xiàn)薄膜流固耦合仿真的全過程。
UDF函數(shù)片段
動網(wǎng)格變形
文件列表
流固耦合之a(chǎn)nsys和fluent實現(xiàn)方法
A.在ANSYS中:
1.打開ANSYS網(wǎng)格文件
2.輸入命令: ALLSEL,ALL 或 選取你要的網(wǎng)格和節(jié)點.
3.輸入命令: CDWRITE,DB,yourfilename,cdb,,,
或:
Menu Paths
Main Menu>Preprocessor>Archive Model>Write
B.在Fluent中:
1. Menu Paths:
File>Import>ANSYS>Input File...
2. 選取 yourfilename.cdb
3. 按 OK.
具體步驟如下：
1)從Fluent輸出CDB
Fluent -> File -> Export … -> ANSYS Input。雖然在這個界面上可以輸出力、壓力和溫度。Multifield solver只支持力和溫度。
我試了一下生成的*.cdb文件，用戶可能要添加一些信息1.在開始的地方加上”et,1,154″定義單元類型；2.在最后加上”sf,all,fsin,1″定義流固界面；3.把原APDL里的solve命令去掉(變成注釋，在前面加”!”)。
2)準備結構模型并存成*.cdb文件
ANSYS -> Preprocessor -> Archive Model -> Write
在建立結構模型時，要注意給定流固界面”sf,all,fsin,1″。
3)設定multifield solver
在ANSYS -> Preprocessor -> Multifield Set-up。打開multifield solver (MFAN,ON)。導入前兩步生成的*.cdb(MFIMPORT命令)。設定物理場順序(MFOR,1,2)。設定外部求解器，Fluent生成的*.cdb來自外部求解器(MFEX,1)。
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