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圖 2 ICFD自動生成邊界層及體網格 2.2網格細化和自適應網格劃分工具 LS-Dyna為用戶提供了幾種工具用于細化局部體網格，以便更好地捕獲網格敏感現象，例如湍流渦流或邊界層分離和再附著。在幾何體設置期間，網格劃分器可以根據用戶指定曲面，生成體積內的局部網格尺寸。如果沒有使用內部網格來指定大小，則網格器將使用封閉體的表面大小進行線性插值。

流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結構變形非常小，并且可以認為結構的變形幾乎不會對流場的各項參數產生影響，或產品本身不允許在流體的作用下發生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強數據，并將壓強數據傳導到固體的表面進行結構力學計算。

由于FENSAP流場求解器要求壁面第一層網格尺寸必須小于10-5m，本文采用0.005mm的邊界層第一層網格厚度。計算區域內生成的網格如圖所示。網格在葉片表面附近密度增大用來捕捉邊界層區域的流動信息。為了得到更加準確的計算結果，這里將地面也建立了致密的邊界層網格。

在板的表面附近，流體由于摩擦而減速并形成稱為邊界層的薄層。邊界層的厚度計算為表面與流體流速等于 99% 自由流速度的點之間的距離。該邊界層的估計非常重要，因為它能夠支持阻力和升力的預測、流固耦合的理解以及流固設計和優化的湍流建模。 在計算流體動力學 (CFD) 中，使用稱為 Y+ 值的參數可以更輕松地估算邊界層厚度。Y+邊界層厚度有助于提高流體模擬計算的準確性和效率。

但整體上，顆粒層右側氣體速度的增加幅度要大于顆粒層左側氣體速度的增加幅度，可以看到在4～12ms，顆粒層右側的氣體速度要高于顆粒層左側的氣體速度。圖2（c）給出了顆粒層固含率隨時間的演化。初始時刻顆粒層固含率設置為0.36，由于顆粒層的膨脹，局部最大固含率在4ms時刻降低到0.1。為了更好地展示固含率沿沖擊方向的變化，圖2（c）中的右側圖例最大固含率設置為0.1。

描述層流邊界層的特征 當流體流過固體時，會建立一個邊界層，其中流體粒子相對于表面的速度為零。由于流體和固體之間的粘附力克服了液體顆粒之間的內聚力，因此存在這種稱為無滑移條件的特性。邊界層的存在可以產生具有低雷諾數（慣性力與粘性力之比）的粘性層連續體，其粘性隨距邊界層的距離成比例增加。這是層流的情況，由于類似表面水平阻力的減少，層流通常被視為與密切相關的湍流相比更可取的狀態。

機翼周圍的無粘性流體流動粘度是影響流體行為和邊界層形成的關鍵流體特性。粘度導致流動流體的速度在與固體表面接觸并受到摩擦力時減慢。速度從自由流下降到表面附近的零，形成薄層，稱為邊界層。 但是當流體沒有任何粘性時會發生什么？在無粘流中，沒有粘性意味著形成的邊界層很薄，可以認為不存在，即表面附近和表面以外的壓力相同。但是固體表面仍然影響流動。

分析具有層流和湍流的邊界 空氣動力學邊界層分析需要以下內容： 表面形狀的精確建模 納入所有相關流體參數 了解飛行環境條件 了解影響飛行的力量 了解層流和湍流特性 能夠模擬各種飛行方向（例如不同的迎角） 對于包括精確層流邊界層評估的最佳系統設計，上述內容必須包含在您采用的解決方案技術中。

邊界層網格構建時，在機翼表面設置5層棱柱層，首層高度0.01mm保證Y+<1，膨脹比1.2，總厚度占邊界層位移厚度的80%，該設置能精確捕捉翼型表面的流動分離現象。 最終體網格生成階段采用Poly網格類型，在機翼表面10mm范圍內生成多面體邊界層，邊界層區域使用棱柱層主導網格。

首先給剛才導進來的component設置pshell屬性與材料，材料就和其他材料一致就行，但屬性中的厚度需要給一個幾乎為零的值，比如0.0001，這樣流固邊界便幾乎不會對結構的剛度產生任何影響，并且后處理的時候也需要忽略掉這個component，其作用只是為了傳遞載荷。 ?

管道的內壁面作為流體流動的固體邊界，但在整體幾何結構的中間部分（中段0.4m的部分）與流體域動態耦合。管道壁面的固體域用0.0005 m厚、0.40 m長的固體域表示，兩端固定，外表面無應力。管道的其余部分處理為剛性邊界。

咱們今天的視頻就解釋三個名詞：邊界層、層流和湍流。我盡量用和流體沒有關系的語言來表述表達，讓所有領域的伙伴們都能聽得懂。首先，邊界層。書本定義是：當流體流過固體表面時，由于流體的粘性，會在固體表面形成一個厚度逐漸增加的薄層。薄層內垂直壁面方向，流體速度逐漸增大。這句話看起來，好像懂了，又好像沒懂，咱們逐字分析。

因此，邊界層也可以通過速度的逐漸過渡來表征。 隨著流體遠離表面移動，速度的增加變得明顯——從表面的零速度到自由流速度。從流體粒子速度為零的表面到速度達到 99% 自由流的點的距離稱為邊界層厚度。通常，邊界層厚度增加如下： ?流體粒子速度降低 ?表面粗糙度增加 ?流體粘度增加 邊界層厚度的公式在很大程度上取決于流動是層流還是湍流。

圖1 COMSOL流固耦合分析【模型信息】U形過水斷面半徑和設計水深為3m，建立三維簡支渡槽模型如下圖所示。圖2 三維渡槽模型【層流&力學參數設置】耦合接口選擇層流和固體力學，耦合類型為全耦合，設置水流速為0.02m/s，在渡槽端部底面設置簡支約束。對模型施加重力加速度g。

如圖5 (b)所示，流固界面設置為固定熱流邊界，具體熱流數值由流體模型求解給出。殼體外表面設置為熱對流邊界。固體模型求解穩態導熱問題。與流體模型的仿真時間相比，固體模型每次運行的仿真時間可以忽略不計。 模型邊詳細邊界條件設置如下表所示。在仿真過程中，陽轉子轉動5圈左右時仿真結果開始呈現周期性變化。下圖顯示了流體和轉子之間的瞬時和平均熱通量。

如下圖所示，剪切應力假設：當表面設置為滑移狀態時表面速度與求解域內第一層網格內速度相等，反之當表面無滑移時表面速度為0；粗糙度假設：當表面設置為0時表面速度將不受粗糙度K的影響，反之則受影響；表面速度假設：相當于在壁面設置了速度矢量，表面的速度為u不再為0，那么整個求解域的計算將受到壁面速度u的影響。

七、邊界層控制 在應用上（例如對航空飛行器來說），層流邊界層的過渡和分離，使機翼等阻力增加和（或）舉力減少（甚至失速），因此人們很早就設法使機翼表面光滑，并設計“層流翼剖面”，以維持層流邊界層。

層流的重要特征在處理層流時，工程師、物理學家和化學家還要注意以下一些特征：邊界層邊界層是與固體表面相鄰的流動層。如果流動類型為層流，那么在邊界層中，流動將與表面保持平行。流體在表面的速度為零，稱為無滑移邊界條件；而流速會隨著離表面距離的增加而單調上升，直到達到主體流體的速度。邊界層可以是層流，也可以是湍流。

傳統葉片流固耦合方法在處理風扇/壓氣機氣動彈性問題時通常面臨以下挑戰： 單向流固耦合仿真：在跨音葉柵流場中，葉片大幅振動會對邊界層分離、激波以及葉頂泄露流產生強烈相互作用而形成強耦合多物理場，難以進行單向耦合解耦； 基于頻域分析的多物理場仿真：無法準確模擬整個時間歷程下的結構振動情況和流場流動形態，難以對葉片流動與振動的相互作用進行詳細研究；