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本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對水平冷板的共軛換熱進(jìn)行模擬，主要涉及相變過程的流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)問題，通過分析為高熱流電子設(shè)備散熱設(shè)備設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。仿真過程將用到VirtualFlow自主開發(fā)的熱限制相變模型和流固耦合模型。

在流固耦合問題中，需要將流體域中的基本方程以及結(jié)構(gòu)域的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行聯(lián)立求解。交界面處應(yīng)滿足流體與固體的位移、熱流量、溫度、應(yīng)力等相等。無人機(jī)葉片雙向流固耦合分析采用多面體網(wǎng)格對流體域劃分網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格對固體域劃分網(wǎng)格，流體域的求解采用有限體積法，固體域的求解采用有限元法。

產(chǎn)品焊腳示意圖以及溫度場仿真結(jié)果利用LS-DYNA軟件對熱風(fēng)焊工裝及產(chǎn)品進(jìn)行建模，調(diào)用不可壓縮計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ICFD）流體仿真模塊，并耦合熱以及結(jié)構(gòu)模塊，實(shí)現(xiàn)流-固-熱多物理場耦合仿真，在模型中對熱空氣流體及其環(huán)境件進(jìn)行分析，獲得模型各處流體流動(dòng)狀態(tài)、塑料產(chǎn)品焊腳的熱分布等結(jié)果。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)三通管道的三維模型處理2、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析步的建立3、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合分析的載荷施加4、學(xué)習(xí)三通管道流固熱耦合載荷的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

方案總結(jié)本軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。以用戶提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計(jì)算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，趨勢一致。相變和瞬態(tài)計(jì)算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點(diǎn)。

； 對于運(yùn)動(dòng)機(jī)械而言，考慮到瞬態(tài)流場可能引起的熱應(yīng)力、噪聲、振動(dòng)仿真分析，需要加載隨時(shí)間變化的壓力和溫度（或熱流密度）分布，進(jìn)行非定常的流固耦合分析，是許多客戶關(guān)注的問題。

模型簡介：考慮熱流固-損傷耦合效應(yīng)，本案例建立了水力裂縫擴(kuò)展模型，假設(shè)材料楊氏模量和抗拉強(qiáng)度滿足weibull分布，邊界施加應(yīng)力條件，可運(yùn)用于如下場景：1、干熱巖儲(chǔ)層壓裂，流體介質(zhì)可選擇水和二氧化碳，實(shí)現(xiàn)壓裂過程裂縫動(dòng)態(tài)擴(kuò)展模擬；2、干熱巖儲(chǔ)層采熱開發(fā)，分析熱流固-損傷耦合效應(yīng)對采熱的影響；3、深部頁巖儲(chǔ)層壓裂，實(shí)現(xiàn)水和二氧化碳?jí)毫蚜芽p擴(kuò)展模擬；4、其他熱流固耦合問題。

隨著計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)的快速發(fā)展，對于類似的問題已經(jīng)可以通過應(yīng)用專業(yè)的有限元軟件建立三維流固耦合仿真模型來進(jìn)行仿真研究。Kim J[2]使用商業(yè)軟件對壓縮機(jī)的閥片動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了2D流固耦合分析，得到二維的溫度和速度矢量分布及閥片的升程曲線，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比。Kim H[3]通過外部軟件導(dǎo)入Nastran格式的4節(jié)點(diǎn)和6節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格，對壓縮機(jī)排氣過程進(jìn)行了3D流固耦合仿真，并對排氣閥片進(jìn)行了仿真優(yōu)化。

背景介紹最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結(jié)構(gòu)的影響，例如飛機(jī)機(jī)翼氣動(dòng)彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應(yīng)堆燃料棒的渦激振動(dòng)問題等等。在數(shù)值仿真領(lǐng)域FSI概念擴(kuò)展到一般性的CFD模型和FEA模型的數(shù)據(jù)交換問題。

為了更好地了解風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，提高風(fēng)機(jī)的總體設(shè)計(jì)水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺(tái)， 利用OpenFOAM開源軟件進(jìn)行計(jì)算， 考慮流固耦合方式對風(fēng)機(jī)葉片上的氣動(dòng)載荷進(jìn)行分析。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。風(fēng)機(jī)在計(jì)算域中的示意圖風(fēng)機(jī)在計(jì)算域中的示意圖風(fēng)機(jī)在簡化氣動(dòng)力下轉(zhuǎn)動(dòng)效果 流固耦合條件下模擬，可以考慮風(fēng)機(jī)塔架、機(jī)艙的振動(dòng)響應(yīng)。

在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學(xué)的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯(lián)合仿真計(jì)算，在電力變壓器模型中實(shí)現(xiàn)對含有復(fù)雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化和高效耦合迭代。

以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數(shù)據(jù)在后臺(tái)傳遞，無需用戶編輯腳本。 TFSI模型的計(jì)算代價(jià)最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應(yīng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱應(yīng)力，車燈的熱應(yīng)力等等場景。

以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數(shù)據(jù)在后臺(tái)傳遞，無需用戶編輯腳本。 TFSI模型的計(jì)算代價(jià)最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應(yīng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)水套的熱應(yīng)力，車燈的熱應(yīng)力等等場景。

隨著工程仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，流固耦合仿真分析已成為很多工程領(lǐng)域解決流固耦合復(fù)雜問題的常用方法。作為一款行業(yè)應(yīng)用非常廣的工程仿真軟件，Workbench為工程師們提供了一個(gè)多軟件耦合平臺(tái)，可用于涉及流固耦合系統(tǒng)問題的仿真求解。

隨著工程仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，流固耦合仿真分析已成為很多工程領(lǐng)域解決流固耦合復(fù)雜問題的常用方法。作為一款行業(yè)應(yīng)用非常廣的工程仿真軟件，Workbench為工程師們提供了一個(gè)多軟件耦合平臺(tái)，可用于涉及流固耦合系統(tǒng)問題的仿真求解。“神工坊“高性能仿真平臺(tái)是基于國家超級(jí)計(jì)算無錫中心HPC集群打造的圖形化仿真平臺(tái)，為用戶提供“PC式”高性仿真體驗(yàn)。

本案例建立了包含血管動(dòng)脈、血液和心肌在內(nèi)的血管系統(tǒng)模型，基于流-固耦合方法仿真了血液流動(dòng)過程中，血管動(dòng)脈和心肌的周期性活動(dòng)，模擬結(jié)果如圖所示：未考慮心肌下血管動(dòng)脈和血液的流固耦合作用考慮心肌下血管動(dòng)脈和血液的流固耦合作用感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流

三大類方法在流固耦合方面的表現(xiàn)：根據(jù)具體計(jì)算需求，結(jié)合各種方法的特點(diǎn)，選擇最合適的手段進(jìn)行流固耦合仿真分析。下載地址：ABAQUS初學(xué)者用戶子程序小例子

本模型的首先通過介質(zhì)損耗將電磁場與傳熱場聯(lián)立起來以實(shí)現(xiàn)微波注熱，這是一個(gè)雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動(dòng)耦合模塊、熱解吸效應(yīng)、吸附膨脹效應(yīng)建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學(xué)場及滲流場耦合起來，這是一個(gè)多場耦合過程；最終建立起一個(gè)電磁-熱-流-固全耦合模型。

本案例利用Fluent 內(nèi)置雙向流固耦合FSI對液艙晃蕩仿真展開了計(jì)算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對不同楊氏模量的液艙內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行分析，后續(xù)可以通過該案例對不同的雙向流固耦合模型展開計(jì)算分析。1 SCDM 設(shè)置1.1 導(dǎo)入幾何 本案例根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，建立了對應(yīng)的液艙幾何模型。