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<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術和相場方法模擬容器內流體在自重作用下的流動，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴展應用于其它涉及兩相流固耦合的實際工程項目中。

原創 于 2026年2月25日 發布 標簽：#FSI #ExplosionSimulation #ALE #SPH #PreSys #CFD #FEM 在爆炸與沖擊仿真領域，多介質流固耦合（FSI）問題一直是數值計算的核心難點。從空氣沖擊波傳播到結構破壞，再到破片飛散，整個過程涉及強非線性、大變形與多尺度耦合。

可以看出，對于該給定模型，流固耦合共軛傳熱對壓縮機性能的影響很小，因此不考慮耦合傳熱的模擬結果是可以接受的。 基于固體溫度模擬結果，利用Simerics-MP+ CFD軟件包中的應變-應力求解器對固體熱應力/膨脹進行了預測。上圖描繪了由于徑向熱膨脹引起的轉子固體位移。該彩色圖例范圍從0到50微米，洋紅色代表高位移，藍色代表低位移。徑向最大位移約為50微米。

不同介質熱傳遞時間尺度差異大：通常，固體中熱傳播比氣體中的慢得多，如果將固體內部的熱傳導與氣體的熱力學溫度變化直接耦合，可能需要壓縮機轉子轉很多圈數才能達到穩定的解，模擬花費的時間很長。下面將以一個實例來說明流固傳熱時間尺度問題。 如圖1所示，以實際雙螺桿壓縮機的固體轉子作為本研究的最終測試案例，做一簡單的熱傳導模擬來演示傳熱過程中的時間尺度差異。

對傳統CFD軟件而言，如果預留的最小間隙與實際情況一致，會導致動網格生成失敗，或使網格質量下降、網格總數急劇增加，因此對于螺桿壓縮機的CFD模擬幾乎成為不可能的任務； 由于流體側和固體側傳熱相互影響，進行溫度場計算時，無法確定流固交界面的邊界條件，因此需要考慮流固共軛傳熱，將流固之間難以確定的邊界條件，轉換成耦合計算的內部邊界，使計算更符合實際工況； 模型需考慮流固共軛傳熱

圖 2 翼傘氣室流固耦合仿真網格模型 本文采用 S-ALE 求解方法對流固耦合模型進行仿真計算，S-ALE 方法與傳統 ALE 方法的基本理論相同，均包括了映射過程的對流輸運、界面重構和歐拉流場與拉格朗日結構相互作用的流固耦合過程。

這里詳細介紹采用雙向流固耦合對無人機葉片顫振進行分析。無人機葉片顫振流固耦合計算流固耦合力學是用來研究可變形固體在流場作用下的瞬態響應，以及固體變形后對流場的反作用關系，它涉及計算流體力學與結構動力學等交叉學科的內容，其重要特征是兩相介質之間的相互作用。流體流動要遵循三大定律，質量守恒、動量守恒和能量守恒定律。

； 耦合多物理場迭代求解Coupling Loop：在預先設定的流固耦合交界面上，將氣動載荷/溫度場傳輸給結構場、幾何變形/固體溫度傳輸給流場，迭代求解獲得收斂后耦合多物理場結果； 瞬態時間步迭代求解Time Loop：流場和結構場按照預先設定的總時長和時間步長進行時域迭代求解，獲得最終收斂后隨時域變化的雙向流固耦合求解結果。