ansys管道流固耦合的案例
ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥10
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.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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展開(kāi) STAR-CCM+流固交界面處理教程：管道大變形過(guò)程的流固耦合分析
創(chuàng)建流-固界面
在流-固耦合問(wèn)題中，流體和固體域通過(guò)共用的交界面交換場(chǎng)數(shù)據(jù)。由于FE solid stress框架完全基于Parts，因此可以從流體Parts和固體Parts之間的Contact 創(chuàng)建流-固交界面。通常在分配Parts到Regions時(shí)已經(jīng)自動(dòng)創(chuàng)建出Interface。由于求解流體流動(dòng)和固體位移分別使用有限體積法（FV）和有限元法（FE），不同的網(wǎng)格拓?fù)湫枰粋€(gè)類(lèi)型為Mapped Contact interface的交界面，允許在FV和FE網(wǎng)格之間進(jìn)行數(shù)據(jù)映射。
指定Regions>Fluid的物理連續(xù)體為剛才創(chuàng)建的Physics1，Pipe的連續(xù)體為Physics2，則Interface>Fluid/Pipe類(lèi)型自動(dòng)改為MappedContact Interface，如圖5所示。
圖5 流-固交界面設(shè)置
定義運(yùn)動(dòng)
由于在外部荷載作用下流體和管壁區(qū)域均會(huì)產(chǎn)生變形，所以需要選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)模型允許網(wǎng)格位置發(fā)生改變。對(duì)于固體區(qū)域，定義Solid Displacement，允許管壁網(wǎng)格基于計(jì)算的位移實(shí)時(shí)變形。對(duì)于流體區(qū)域，定義Morphing，允許流體網(wǎng)格基于映射到流固交界面上的位移發(fā)生變形。
在Tools > Motions節(jié)點(diǎn)點(diǎn)擊右鍵 New > Morphing，用同樣的操作創(chuàng)建New > Solid Displacement。
將上述運(yùn)動(dòng)分別分配到流體域和固體域，結(jié)果如圖6所示。
圖5 分配運(yùn)動(dòng)到流體域和固體域
Simcenter STAR-CCM+自動(dòng)設(shè)置流體域中流-固交界面的變形方法為Solid Stress，保持默認(rèn)即可。
邊界條件
指定入口速度，約束管壁兩端的自由度。此外，在管道固體域的外壁面上施加一個(gè)脈沖荷載。所有的邊界數(shù)據(jù)定義列于表5。
展開(kāi) ansys流固耦合分析與工程實(shí)例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
ANSYS流固耦合簡(jiǎn)介
ANSYS 很早便開(kāi)始進(jìn)行流固耦合的研究和應(yīng)用， 目前 ANSYS 中的流固耦合分析算法和功能已相當(dāng)成熟，可以通過(guò)或者不通過(guò)第三方軟件(如 MPCCI)實(shí)現(xiàn) ANSYS Mechanical APDL + CFX、ANSYS Mechanical APDL + FLUENT、ANSYS Mechanical + CFX 的流固耦合分析。
從算法上講，ANSYS(也包括其他大型商業(yè)軟件)主要采用分離解法也就是載荷傳遞法求解流固耦合問(wèn)題。但從數(shù)據(jù)傳遞角度出發(fā)，流固耦合分析還可以分為兩種：?jiǎn)蜗?em>流固耦合分析(oneway coupling 或 unidirectional coupling)和雙向流固耦合分析(twoway coupling 或bidirectional coupling)。
展開(kāi) 淺談流固耦合<2>：ANSYS中的流固耦合
在ANSYS軟件中使用流固耦合計(jì)算是很方便的。
在ANSYS中，進(jìn)行流體計(jì)算的軟件主要是FLUENT與CFX，而參與固體力學(xué)計(jì)算的模塊主要是APDL（俗稱(chēng)的經(jīng)典模塊）與Mechanical。這四款軟件的中流體計(jì)算模塊與固體計(jì)算模塊的相互組合，即可構(gòu)成流固耦合計(jì)算方案。由于本人對(duì)于APDL的耦合計(jì)算應(yīng)用較少，因此本次不打算討論APDL在流固耦合上的應(yīng)用。
前面提到，流固耦合計(jì)算可分為單向耦合與雙向耦合，利用CFX或FLUENT與Mechanical的聯(lián)合仿真，可以實(shí)現(xiàn)單向耦合和雙向耦合。（需要注意的是：14.0之后的版本中才允許FLUENT通過(guò)System Coupling模塊與Mechanical實(shí)現(xiàn)雙向耦合計(jì)算，在之前的版本中FLUENT只能做單向耦合）。
1、單向耦合
單向耦合指的是只有一方求解器向另一方發(fā)送數(shù)據(jù)信息，另一方并不反回?cái)?shù)據(jù)。分為兩種情況：
（1）流體求解器向固體求解器發(fā)送壓力及溫度數(shù)據(jù)。這是最常見(jiàn)的單向耦合計(jì)算。通常用在固體熱應(yīng)力計(jì)算，或計(jì)算流體載荷在固體上產(chǎn)生的應(yīng)力。一般來(lái)說(shuō)這種計(jì)算都是基于固體小變形假設(shè)，也就是說(shuō)固體的形變對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響可以忽略。
（2）固體變形對(duì)流場(chǎng)的影響。這種情況在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中很少應(yīng)用到，因?yàn)榱黧w計(jì)算中的動(dòng)網(wǎng)格功能完全可以滿(mǎn)足要求。
2、雙向耦合
雙向耦合應(yīng)用于流體作用于固體變形耦合強(qiáng)烈的領(lǐng)域。通常需要考慮到固體變形對(duì)流場(chǎng)的影響。分為兩種情況：
（1）擾動(dòng)由流體引起。即流體流動(dòng)導(dǎo)致固體變形，固體變形引起流場(chǎng)的擾動(dòng)。如渦激振動(dòng)就是一種典型情況。
（2）擾動(dòng)由固體引起。固體變形引起流體流場(chǎng)擾動(dòng)，之后流體流場(chǎng)反作用與固體變形，研究其相互作用。
這兩種情況在實(shí)際應(yīng)用中都會(huì)經(jīng)常遇到。
OK，下面談一下如何在ANSYS中解決這幾類(lèi)耦合問(wèn)題。
展開(kāi) 
ANSYS Workbench單向流固耦合案例 附ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例下載
流固耦合（Fluid-solid interaction，F(xiàn)SI）計(jì)算，通常用于考慮流體與固體間存在強(qiáng)烈的相互作用時(shí)，對(duì)流體流場(chǎng)與固體應(yīng)力應(yīng)變的考察。FSI計(jì)算按數(shù)據(jù)傳遞方式可分兩類(lèi)：?jiǎn)蜗?em>耦合與雙向耦合。所謂單向耦合，主要是指數(shù)據(jù)只從流體計(jì)算傳遞壓力到固體，或者只從固體計(jì)算傳遞網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位移到流體。雙向耦合則在每一時(shí)刻都同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的物理量（流體計(jì)算發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，固體計(jì)算發(fā)送位移數(shù)據(jù)）。
ANSYS Workbench中可以利用Fluent與DS進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算。我們這里來(lái)舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的單向耦合例子：風(fēng)吹擋板。我們假定擋板位移可忽略不計(jì)，固體變形對(duì)流場(chǎng)影響可以忽略，所考慮的是流體壓力作用在固體上，固體的應(yīng)力分布。當(dāng)然這里的壓力可以換成溫度等其他物理量。
1新建工程
注意是從Fluent →Static Structure。連接圖如1所示。
圖1 工程關(guān)系
圖2 進(jìn)入DM建模
2 DM創(chuàng)建模型
進(jìn)入Fluent中的DM進(jìn)行模型創(chuàng)建，如圖2所示。流固耦合計(jì)算中的幾何模型與單純的流體模型或固體模型不同，它要求同時(shí)具有流體和固體模型，而且流體計(jì)算中只能有流體模型，固體計(jì)算中只能有固體模型。建好后的模型如圖3，4，5所示。由于固體模型需要從這里導(dǎo)入，所以我們保留固體與流體模型。
展開(kāi) Abaqus管道流場(chǎng)仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
Abaqus管道流場(chǎng)仿真(流-固耦合)案例講解（Part-3）
338-管道傳熱單向流固耦合（Fluent-Static Structral）仿真
中心管（內(nèi)徑85mm外徑110 ）一側(cè)為熱水（320K，11.4mpa）入口，另一側(cè)為水口；
外部翅片內(nèi)空，通過(guò)小管與中心管相通，翅片外部視為直接與大氣接觸；
管道材質(zhì)為鋼steel。
一、流體網(wǎng)格劃分設(shè)置
圖1 流體仿真網(wǎng)格
圖2 網(wǎng)格設(shè)置（Size Function使用Proximity and Curvature，其它默認(rèn)）
二、FLUENT仿真設(shè)置
圖1 求解器設(shè)置（壓力基求解器，穩(wěn)態(tài)計(jì)算）
圖2 開(kāi)啟能量方程
圖3 湍流模型設(shè)置
圖4 流體材料屬性設(shè)置
圖5 固體材料屬性設(shè)置
圖6 固體域設(shè)置
圖7 流體域設(shè)置
圖8 入口設(shè)置
圖9 出口設(shè)置
圖10 外殼換熱條件設(shè)置
圖11 求解方式設(shè)置（開(kāi)始使用默認(rèn)，計(jì)算一定步數(shù)后均改為二階迎風(fēng)——即圖中所示）
圖12 松弛固子設(shè)置
圖13 初始化設(shè)置（從入口開(kāi)始計(jì)算）
三、靜力學(xué)仿真設(shè)置
圖1 使用默認(rèn)網(wǎng)格設(shè)置
圖2 約束設(shè)置（將兩端設(shè)置為固定約束）
圖3 流體載荷導(dǎo)入（使用Imported Load選項(xiàng)導(dǎo)入流體壓力和溫度載荷）
基本結(jié)果
展開(kāi) 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算及濕模態(tài)分析
濕模態(tài)分析實(shí)際上是在單向流固耦合計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對(duì)其進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，然后在此基礎(chǔ)上開(kāi)展彎曲管道在流體作用下振動(dòng)模態(tài)分析。
單向流固耦合計(jì)算
工業(yè)管道系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)彎管。流體介質(zhì)流經(jīng)彎曲管道時(shí)，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生額外的應(yīng)力。
1
計(jì)算思路
眾所周知，CFD計(jì)算的目的是為了獲取計(jì)算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的目的是為了獲取結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理物理量。單向流固耦合計(jì)算的基本思路為：利用CFD軟件計(jì)算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構(gòu)件上，利用有限元軟件計(jì)算固體應(yīng)力應(yīng)變。
單向流固耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。
圖1 數(shù)據(jù)流程
2
計(jì)算模型
計(jì)算幾何模型如圖所示。
圖2 計(jì)算幾何模型
圖3 DM中創(chuàng)建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
3
流體計(jì)算設(shè)置
雙擊B3單元格進(jìn)行流體網(wǎng)格劃分。在mesh中進(jìn)行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用網(wǎng)格尺寸為5mm，生成的流體計(jì)算網(wǎng)格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計(jì)算網(wǎng)格
返回至FLUENT中進(jìn)行流體計(jì)算設(shè)置。
展開(kāi) 流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算及濕模態(tài)分析
濕模態(tài)分析實(shí)際上是在單向流固耦合計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。本文以流體作用下彎曲管道為例，首先利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊對(duì)其進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，然后在此基礎(chǔ)上開(kāi)展彎曲管道在流體作用下振動(dòng)模態(tài)分析。
單向流固耦合計(jì)算
工業(yè)管道系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)彎管。流體介質(zhì)流經(jīng)彎曲管道時(shí)，管壁承受流體賦予的壓力，不均勻的壓力分布會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生額外的應(yīng)力。
1
計(jì)算思路
眾所周知，CFD計(jì)算的目的是為了獲取計(jì)算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的目的是為了獲取結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理物理量。單向流固耦合計(jì)算的基本思路為：利用CFD軟件計(jì)算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構(gòu)件上，利用有限元軟件計(jì)算固體應(yīng)力應(yīng)變。
單向流固耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。
圖1 數(shù)據(jù)流程
2
計(jì)算模型
計(jì)算幾何模型如圖所示。
圖2 計(jì)算幾何模型
圖3 DM中創(chuàng)建的幾何模型(既包含流體，也包含固體)
3
流體計(jì)算設(shè)置
雙擊B3單元格進(jìn)行流體網(wǎng)格劃分。在mesh中進(jìn)行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用網(wǎng)格尺寸為5mm，生成的流體計(jì)算網(wǎng)格如圖5所示。
圖4 邊界命名
圖5 流體計(jì)算網(wǎng)格
返回至FLUENT中進(jìn)行流體計(jì)算設(shè)置。
展開(kāi) 基于abaqus/CFD&Standard管道流固耦合變形分析
鑒于abaqus/CFD&Standard/Explicit流固耦合分析的例子少之甚少，我所看到的手冊(cè)中唯一一個(gè)有關(guān)abaqus流固耦合結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形分析的
例子是基于abaqus+fluent+mpcci聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的，故曾經(jīng)懷疑基于abaqus/cfd&standard/explicit流固耦合涉及結(jié)構(gòu)變形分析目前是否能夠?qū)?現(xiàn)，最近偶爾做了個(gè)基于abaqus/cfd&standard管道流固耦合變形的例子，發(fā)現(xiàn)其實(shí)是可以做的，拿出來(lái)與大家分享一下，當(dāng)然，還有一
些細(xì)節(jié)問(wèn)題有待進(jìn)一步探索，希望有對(duì)此感興趣的同仁一起研究探討，比如結(jié)構(gòu)采用殼單元后，收斂性會(huì)相當(dāng)差，這在基于其它軟件的流固
耦合分析中其實(shí)很少出現(xiàn)問(wèn)題，還有比如流場(chǎng)會(huì)受ALE的影響出現(xiàn)整體網(wǎng)格抖動(dòng)（這個(gè)問(wèn)題是我在做另一個(gè)FSI涉及結(jié)構(gòu)變形的算例中出現(xiàn)的
怪異現(xiàn)象）。
模型采用abaqus/cfd模塊與abaqus/standard模塊進(jìn)行co-simulation，模型見(jiàn)下圖：
相關(guān)計(jì)算結(jié)果：
放大后的結(jié)構(gòu)變形：
結(jié)構(gòu)壓力分布：
流體瞬時(shí)速度矢量分布：
Co-execution-guan_solid_fluid_2-guan_solid.rar
Co-execution-guan_solid_fluid_2-guan_fluid.rar
展開(kāi) 【年終系列實(shí)例EX4】流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算分析
流體作用下彎曲管道單向流固耦合計(jì)算分析
1 實(shí)例說(shuō)明
工業(yè)管道系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)彎管。流體介質(zhì)流經(jīng)彎曲管道時(shí)，管壁承受流體賦予的壓力。不均勻的壓力分布會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生額外的應(yīng)力。采用ANSYS CFD單向流固耦合可以計(jì)算管道所承受的應(yīng)力應(yīng)變。本教程以彎管應(yīng)力分析為例，描述利用ANSYS Fluent及ANSYS靜力分析模塊進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算的步驟。
2 計(jì)算思路
眾所周知，CFD計(jì)算的目的是為了獲取計(jì)算空間中的壓力、速度、溫度等物理量分布，而結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的目的是為了獲取結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理物理量。單向流固耦合計(jì)算的基本思路為：利用CFD軟件計(jì)算壁面上壓力分布，并將壓力值作為載荷加載到固體構(gòu)件上，利用有限元軟件計(jì)算固體應(yīng)力應(yīng)變。
單向流固耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。
圖1數(shù)據(jù)流程
3 計(jì)算模型
計(jì)算幾何模型如圖所示。
圖2計(jì)算幾何模型
圖3 DM中創(chuàng)建的幾何模型（既包含流體，也包含固體）
4流體計(jì)算設(shè)置
雙擊B3單元格進(jìn)行流體網(wǎng)格劃分。在mesh中進(jìn)行邊界命名，如圖4所示。采用掃描方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用網(wǎng)格尺寸為5mm，生成的流體計(jì)算網(wǎng)格如圖5所示。
圖4邊界命名
圖5流體計(jì)算網(wǎng)格
返回至FLUENT中進(jìn)行流體計(jì)算設(shè)置。
展開(kāi) 
fluent仿真中對(duì)于螺旋管道結(jié)構(gòu)在設(shè)置流固耦合時(shí)為什么設(shè)置不出來(lái)？
fluent仿真中對(duì)于螺旋管道結(jié)構(gòu)在設(shè)置流固耦合時(shí)為什么設(shè)置不出來(lái)？
ANSYS流固耦合
利用ANSYS11.0進(jìn)行流固耦合計(jì)算的時(shí)候
是不是需要在ANSYS中建立固體模型
在workbench中建立流體模型啊？
小弟初步接觸這方面知識(shí)
萬(wàn)分期待您的賜教！
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合及其應(yīng)用
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合及其應(yīng)用
ANSYS基于Biot固結(jié)理論流固耦合模型及應(yīng)用.pdf
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