FLUENT流固耦合分析實(shí)例：System Coupling模塊

2016-08-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本,在該版本中,加入了一個(gè)新的模塊System Coupling,目前只能用于fluent與ansys mechanical的雙向流固耦合計(jì)算。官方文檔中有介紹說以后會(huì)逐漸添加對其它求解器的支持,不過這不重要,重要的是現(xiàn)在FLUENT終于可以不用借助第三方軟件進(jìn)行雙向流固耦合計(jì)算了,個(gè)人認(rèn)為這是新版本一個(gè)不小的改進(jìn)。

說明:本例只應(yīng)用于FLUENT14.0以上版本。

模塊及數(shù)據(jù)傳遞方式如下圖所示。

一、幾何準(zhǔn)備

流固耦合計(jì)算的模型準(zhǔn)備與單獨(dú)的流體計(jì)算不同,它需要同時(shí)創(chuàng)建流體模型與固體模型。在geometry模塊中同時(shí)創(chuàng)建流體模型與固體模型。到后面流體模型或固體模塊中再進(jìn)行模型禁用處理。

模型中的尺寸:v1:32mm,h2:120mm,h5:60mm,h3:3mm,v4:15mm。

由于流體計(jì)算中需要進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置,因此推薦使用四面體網(wǎng)格。當(dāng)然如果擋板剛度很大網(wǎng)格變形很小時(shí),可以使用六面體網(wǎng)格,劃分六面體網(wǎng)格可以先將幾何進(jìn)行slice切割。這里對流體區(qū)域網(wǎng)格劃分六面體網(wǎng)格,固體域同樣劃分六面體網(wǎng)格。

二、流體部分設(shè)置

1、網(wǎng)格劃分

雙擊B3單元格,進(jìn)入meshing模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分。禁用固體部分幾何。設(shè)定各相關(guān)部分的尺寸,由于固體區(qū)域幾何較為整齊,因此在切割后只需設(shè)定一個(gè)全局尺寸即可劃分全六面體網(wǎng)格。這里設(shè)定全局尺寸為1mm。劃分網(wǎng)格后如下圖所示。

2、進(jìn)行邊界命名,以方便在fluent中進(jìn)行邊界條件設(shè)置

設(shè)置左側(cè)面為速度進(jìn)口velocity inlet,右側(cè)面為自由出流outflow,上側(cè)面為壁面邊界wall_top,正對的兩側(cè)面為壁面邊界wall_side1與wall_side2(這兩個(gè)邊界在動(dòng)網(wǎng)格設(shè)定中為變形域),設(shè)定與固體交界面為壁面邊界(該邊界在動(dòng)網(wǎng)格中設(shè)定為system coupling類型)。

操作方式:選擇對應(yīng)的表面,點(diǎn)擊右鍵,選擇菜單create named selection,然后輸入相應(yīng)的邊界名稱。注意:FLUENT會(huì)自動(dòng)檢測輸入的名稱以使用對應(yīng)的邊界類型,當(dāng)然用戶也可以在fluent進(jìn)行類型更改。完成后的樹形菜單如下圖所示。

本部分操作完畢后,關(guān)閉meshing模塊。返回工程面板。

3、進(jìn)入fluent設(shè)置

FLUENT主要進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置。其它設(shè)置與單獨(dú)進(jìn)行FLUENT仿真完全一致。

設(shè)置使用瞬態(tài)計(jì)算,使用K-Epsilon湍流模型。

這里的動(dòng)網(wǎng)格主要使用彈簧光順處理(由于使用的是六面體網(wǎng)格且運(yùn)動(dòng)不規(guī)律),需要使用TUI命令打開光順對六面體網(wǎng)格的支持。使用命令/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。

動(dòng)態(tài)層技術(shù)與網(wǎng)格重構(gòu)方法在六面體網(wǎng)格中失效。因此,建議使用四面體網(wǎng)格。我們這里由于變形小,所以只使用光順方法即可滿足要求。

點(diǎn)擊Dynamic mesh進(jìn)入動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置面板。如下圖所示,激活動(dòng)網(wǎng)格模型。

4、smoothing參數(shù)

使用彈簧光順方法。設(shè)置參數(shù)彈簧常數(shù)0.6,邊界節(jié)點(diǎn)松弛因子0.6。如下圖所示。

5、運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)置

主要包括三個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域:流固耦合面、兩側(cè)的面。其中流固耦合面運(yùn)動(dòng)方式為system coupling,兩側(cè)壁面運(yùn)動(dòng)類型為deforming。設(shè)置最小網(wǎng)格尺寸0.8,最大網(wǎng)格尺寸1.5,最大扭曲率0.6。如下圖所示(點(diǎn)擊查看大圖)。

6、其它設(shè)置

包括求解控制參數(shù)設(shè)置、動(dòng)畫設(shè)置、自動(dòng)保存設(shè)置、初始化設(shè)置、計(jì)算時(shí)間步及步長設(shè)置等。與單獨(dú)FLUENT使用沒有任何差異。迭代參數(shù)設(shè)置如下圖所示。

關(guān)閉FLUENT,返回工程面板。

三、固體部分設(shè)置

1、材料設(shè)置

雙擊C2單元格進(jìn)入固體材料設(shè)置。這里保持默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼。彈性模量2.1e11Pa,泊松比0.3。需要注意的是材料特性決定了變形,因此對于剛度小的材料可能會(huì)存在大的位移,在流體求解器中動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置時(shí)需要加以關(guān)注。

點(diǎn)擊retrun to project回到工程面板。

2、網(wǎng)格劃分及進(jìn)行約束

雙擊C4單元格進(jìn)入固體網(wǎng)格劃分模塊。設(shè)定網(wǎng)格尺寸1mm劃分網(wǎng)格。

添加流固耦合面及固定邊界約束。

設(shè)置分析參數(shù),時(shí)間步長設(shè)置為0.01s,總時(shí)間為1s。如下圖所示。