XFlow｜流致振动

本案例演示在XFlow中计算管道受绕流流体作用引起的运动。计算结果如图所示。

注：不要随便提涡激振动。涡激振动需要满足特定的条件才会产生，不是随便拿水一冲就叫涡激振动。

下面是XFlow设置过程。

• 启动XFlow
• 利用菜单Geometry → Cylinder打开圆柱体创建对话框

• 设置圆柱体方向为（0,0,1），设置圆柱半径为0.2 m，点击Create按钮创建圆柱体

• 设置Environment选项卡，如下图所示
• 指定Kernel为2D，计算二维模型
• 指定Analysis type为External计算外部流场
• 指定Position为（2,0,0），指定Dimensions为（9,3,1）
• 指定velocity为x方向10 m/s

• 设置Materials选项卡
• 指定Reference density为1 kg/m3
• 指定Dynamic viscosity为0.001 Pa.s

• 设置Geometry选项卡，如下图所示
• 指定Behaviour为Rigid body dynamics
• 指定Density为1 kg/m3
• 指定Translation为Axis y，指定Rotation为Fixed，这样确保部件只沿y轴运动
• 指定External force global沿Y方向-250*py。这里给了一个Y方向刚度系数为250 N/m的弹簧，不设置的话圆柱体的位移会比较大，需要加大计算区域。

• 设置Simulation选项卡
• 指定Simulation time为6 s
• 设置Resolved scale为0.04 m，设置Refinement algorithm为Near static walls
• 设置Target resolved scale为0.02 m

注：XFlow对格子点的疏密极其敏感，工程计算的时候必须要做网格独立性验证。

• 开始计算

• 为方便观察，可将速度显示上限调整为15 m/s。这只影响视觉显示

• 流场分布如下图所示

• 圆柱体的Y方向位移随时间变化曲线如下图所示

• 圆柱体Y方向速度随时间变化曲线如下图所示

• 圆柱体Y方向受力如下图所示

可将圆柱体的位置设置为固定，计算后进行比较。

• 进入Geometry选项卡，设置Behaviour为Fixed，其他所有参数不变，重新进行计算

• 流场分布如下图所示

• 圆柱体Y方向受力如下图所示

注意：真实的涡激振动需要考虑固体变形，必须采用流固耦合方法进行模拟。不过类似文中这种利用6DOF模型处理刚体结构在流场影响下的运动在工程中应用也较为普遍，XFlow设置过程也极为简单，不过想要获得精度较高的结果，必须进行网格独立性验证，XFlow对计算格子点的疏密极其敏感。稀疏的格点会造成计算结果严重偏离真实值。

计算过程文件：

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道