FLUENT/Mechanical流固双向耦合模拟

本教程演示了如何使用Workbench的System Coupling模块来实现Fluent和Mechanical之间双向流固耦合计算。

 1     启动Workbench并建立分析项目 

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）分别双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Transient Structural，Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Component systems→System Coupling选项，即可在项目管理区创建分析项目A（固体），项目B（流体）和项目C（耦合计算），将项目A的几何数据（A3）传递给项目B（B2），将项目A的结果数据（A6）传递给项目B（B6），将项目A的计算设置数据（A5）和项目B（B4）的计算设置数据都传递给项目C（C2）。

 2     设置结构材料 

（1）双击A2栏Engineering Data项，进入A2：Engineering Data界面，在该界面下进行材料属性设置。

（2）在Outline of Schematic A2：Engineering Data窗口中，右键空白处选择Engineering Data Sources按钮，弹出的“ Engineering Data Sources”窗口，单击鼠标左键选择General Materials，在Outline of General Materials窗口中，选择Polyethylene单击右侧的“+”号。

（3）关闭A2：Engineering Data界面。

 3     导入几何体 

（1）在A3栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

 4     结构模型设置 

（1）双击A4栏Model项，进入Transient Structural界面，在该界面下进行模型的网格划分和模型设置。

（2）在Geometry中，右键单击流体域几何体选择Suppress Body禁用流体域。

（3）单击选择固体域，在Material中，Assignment选择Polyethylene。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（5）单击选择Analysis Settings，Step End Time中填入0.5s，Auto Time Stepping选择Off，Time Step填入1e-3。

（6）在工具栏单击Loads->Fluid Solid Interface，选择固体域中与流体域接触的10个面。

（7）在工具栏单击Supports->Fix Support，选择固体域中两个固定的端面。

（8）在工具栏单击Loads->Force，选择下方固体域中的一个受力面。在X Component中设置随时间变化的周期性力。

（9）右键选择Solution，分别单击Insert->Deformation->Total和Insert->Strain->Equivalent作为计算输出变量。

（10）执行主菜单File→Close Mechanical命令退出，返回到Workbench主界面。

 5     划分流体模型网格 

（1）双击B3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）在Geometry中，右键单击固体域几何体选择Suppress Body禁用固体域。

（3）右键选择与固体域相连的壁面，在快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称fluid-structure，单击OK按钮确认。

（4）分别右键选择流体域两端，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称inlet和outlet，单击OK按钮确认。

（5）设置网格尺寸为5e-4m。在Quality中，Smoothing选择High。

（6）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（7）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（8）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（9）右键单击Workbench界面中B3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 6     定义流体模型 

（1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

（2）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。

 7     定义流体材料 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid单击Copy按钮确认。

（2）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。设置计算域材料为水。

 8     设置动网格 

（1）单击主菜单中Setting Up Domain→Mesh Models→Dynamic Mesh按钮启动的Dynamic Mesh对话框，选择Smoothing，Layering和Remeshing，单击Settings按钮弹出Mesh Method Settings对话框。

在Smoothing选项卡中，Method选择Linearly Elastic Solid，Passion’s Ratio填入0.35。

在Layering选项卡中，Option选择Ratio Based。

在Remeshing选项卡中，Remeshing Method选择全部参数，在Parameters中单击Default按钮选择默认值，单击OK按钮确认退出。

（2）在Dynamic Mesh对话框中，单击Create/Edit按钮，打开Dynamic Mesh Zones对话框，在Zones Names中选择fluid-structure，Type选择System Coupling，单击Create按钮。

 9     边界条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，双击设置inlet，Velocity Magnitude填入1，单击OK按钮确认退出。

（3）oulet的Type选择为outlet。

 10     初始条件 

（1）单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

 11     计算设置 

（1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Time Step Size中输入0.001，在Number of Time Steps中输入100，单击Calculate开始计算。

（2）计算收敛完成后，单击单击主菜单中File→Close Fluent按钮退出FLUENT界面。

 12     耦合计算设置 

（1）双击C2栏Setup项，进入C：System Coupling界面。

（2）单击Setup中Analysis Settings按钮，在End Time中填入0.5，Step Size填入0.001。

（3）同时选择fluid-structure和Fluid Solid Interface，右键单击Create Data Transfer按钮，创建流固数据链接。

单击Setup中Analysis Settings按钮，在End Time中填入0.5，Step Size填入0.001。

（4）右键Solution单击Update按钮，开始计算。

 13     结果后处理 

（1）双击B6栏Results项，进入CFD-Post界面。

（2）单击任务栏中 Location→ Plane按钮，弹出Insert Plane（创建平面）对话框，保持平面名称为“Plane 1”，单击OK按钮进入Plane（平面设定）面板。

（3）在Geometry（几何）选项卡中Method选择ZX Plane，Y坐标取值设定为0.004，单位为m，单击Apply按钮创建平面。

（4）单击任务栏中 （云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。输入云图名称为“Vec”，单击OK按钮进入云图设定面板。

（5）在Geometry（几何）选项卡中Locations选择Plane 1，Variable选择Velocity，单击Apply按钮创建速度云图。

（6）单击任务栏中 （云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。输入云图名称为“Displacement”，单击OK按钮进入云图设定面板。

（7）在Geometry（几何）选项卡中Locations选择Default Boundary，Variable选择Total Mesh Displacement，单击Apply按钮创建位移云图。

本篇文章来源于微信公众号: 南流坊