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方案總結(jié)本軟件可以對(duì)流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢(shì)，并與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。以用戶提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計(jì)算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢(shì)，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，趨勢(shì)一致。相變和瞬態(tài)計(jì)算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點(diǎn)。

<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術(shù)和相場(chǎng)方法模擬容器內(nèi)流體在自重作用下的流動(dòng)，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴(kuò)展應(yīng)用于其它涉及兩相流固耦合的實(shí)際工程項(xiàng)目中。

這里詳細(xì)介紹采用雙向流固耦合對(duì)無人機(jī)葉片顫振進(jìn)行分析。無人機(jī)葉片顫振流固耦合計(jì)算流固耦合力學(xué)是用來研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的瞬態(tài)響應(yīng)，以及固體變形后對(duì)流場(chǎng)的反作用關(guān)系，它涉及計(jì)算流體力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等交叉學(xué)科的內(nèi)容，其重要特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用。流體流動(dòng)要遵循三大定律，質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒定律。

某個(gè)角度的一道入射平面波會(huì)在下面兩個(gè)介面中反覆交錯(cuò)無數(shù)次：空氣到膜層介面以及膜層到基板介面。在每一次的交錯(cuò)中，就相應(yīng)產(chǎn)生一道穿透以及一道反射光場(chǎng)，最後這些光場(chǎng)會(huì)在同調(diào)的假設(shè)下相加。經(jīng)過一番如魔術(shù)般建設(shè)性以及破壞性干涉後，最後的結(jié)果可以用巨觀的反射以及穿透?jìng)S數(shù)來表示。入射光的電場(chǎng)並非用單一個(gè)點(diǎn)來描述，相對(duì)的，我們會(huì)假設(shè)該電場(chǎng)比多重光束干涉發(fā)生的區(qū)域更大許多。

大多數(shù)解決流-固耦合問題的常規(guī)分析或數(shù)值方法都很復(fù)雜，而 COMSOL 軟件具有輕松耦合不同物理場(chǎng)接口的功能，簡(jiǎn)化了建模工作。COMSOL Multiphysics 提供了一組預(yù)定義的多物理場(chǎng)接口，這些接口可以將不同的結(jié)構(gòu)力學(xué)接口（例如固體力學(xué)，多體動(dòng)力學(xué)，殼 和膜）與不同的流體流動(dòng)接口（單相或多相流動(dòng)）相耦合，用于流-固耦合模擬。

前言氣-液-固三相流體系廣泛存在于化工、能源、環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域，如費(fèi)托合成漿態(tài)床、流化床反應(yīng)器及礦物浮選過程。由于氣-液- 固三相漿態(tài)體系內(nèi)在機(jī)理的復(fù)雜性，與兩相流模擬相比，基于氣-液-固三相CFD模擬相對(duì)不成熟，其計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬一直是多相流領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。下文介紹目前常見的氣-液-固三相體系CFD 模擬方法。

CFD-DEM 耦合仿真技術(shù)，通過雙向數(shù)據(jù)傳遞實(shí)現(xiàn)氣固兩相行為的協(xié)同模擬 ——CFD 計(jì)算的流體場(chǎng)數(shù)據(jù)為顆粒運(yùn)動(dòng)提供外力輸入，DEM計(jì)算的顆粒運(yùn)動(dòng)信息反哺流體場(chǎng)方程更新，從而精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)氣固兩相相互作用的復(fù)雜過程。CFD-DEM耦合技術(shù) 在大型氣固循環(huán)流化床設(shè)計(jì)中，耦合仿真展現(xiàn)出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。此類設(shè)備包含提升管、下降管、旋風(fēng)分離器等多組件，氣固流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜。

6、結(jié)果圖 升溫5h后的溫度分布圖 降溫0.7h后的溫度分布圖 降溫0.6、0.7、0.8、0.9h后的固液界面圖 降溫0.7h后的固液界面及流線7、模型建立

以下是流固共軛換熱幾何模型，外部是固體域，內(nèi)部為流體域。冷媒物性參數(shù)及輸入條件如下所示。 流固共軛換熱幾何模型 以下是關(guān)于固體熱源和相變的VirtualFlow設(shè)置。

在此示例中，我們將使用840 nm中心波長(zhǎng)，60 nm FWHM光源，該光源透過以下方式在空氣中提供5μm的軸向分辨率：這些光譜特性來自Superlum市售的超發(fā)光二極管，它具有生物成像的共同波長(zhǎng)和足夠高的分辨率的帶寬。 我們將忽略準(zhǔn)直光學(xué)，而是從入射光束進(jìn)入干涉儀開始。

與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，兩種結(jié)果對(duì)流量的預(yù)測(cè)都高出約4-5%。這種誤差可能是由間隙尺寸的不準(zhǔn)確性引起的。功率預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)相差約1%。可以看出，對(duì)于該給定模型，流固耦合共軛傳熱對(duì)壓縮機(jī)性能的影響很小，因此不考慮耦合傳熱的模擬結(jié)果是可以接受的。 基于固體溫度模擬結(jié)果，利用Simerics-MP+ CFD軟件包中的應(yīng)變-應(yīng)力求解器對(duì)固體熱應(yīng)力/膨脹進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

通過堅(jiān)持不懈的努力，ANSYS流固耦合分析從單向到雙向、從簡(jiǎn)單二維模型到復(fù)雜三維模型、從小變形分析到基于動(dòng)網(wǎng)格或網(wǎng)格重構(gòu)的大變形分析，功能不斷增加，分析能力大幅加強(qiáng)、分析結(jié)果日益精確。

下載地址：ANSYS流固耦合分析與工程實(shí)例

考慮到計(jì)算區(qū)域的對(duì)稱性，以及雙向流固耦合對(duì)計(jì)算資源的消耗，因此只建立一半的幾何模型。其流體區(qū)域網(wǎng)格模型，如圖9(b)所示。

與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，兩種結(jié)果對(duì)流量的預(yù)測(cè)都高出約4-5%。這種誤差可能是由間隙尺寸的不準(zhǔn)確性引起的。功率預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)相差約1%。可以看出，對(duì)于該給定模型，流固耦合共軛傳熱對(duì)壓縮機(jī)性能的影響很小，因此不考慮耦合傳熱的模擬結(jié)果是可以接受的。 基于固體溫度模擬結(jié)果，利用Simerics-MP+ CFD軟件包中的應(yīng)變-應(yīng)力求解器對(duì)固體熱應(yīng)力/膨脹進(jìn)行了預(yù)測(cè)。上圖描繪了由于徑向熱膨脹引起的轉(zhuǎn)子固體位移。

對(duì)傳統(tǒng)CFD軟件而言，如果預(yù)留的最小間隙與實(shí)際情況一致，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)網(wǎng)格生成失敗，或使網(wǎng)格質(zhì)量下降、網(wǎng)格總數(shù)急劇增加，因此對(duì)于螺桿壓縮機(jī)的CFD模擬幾乎成為不可能的任務(wù)； 由于流體側(cè)和固體側(cè)傳熱相互影響，進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算時(shí)，無法確定流固交界面的邊界條件，因此需要考慮流固共軛傳熱，將流固之間難以確定的邊界條件，轉(zhuǎn)換成耦合計(jì)算的內(nèi)部邊界，使計(jì)算更符合實(shí)際工況； 模型需考慮流固共軛傳熱

4 結(jié)論采用ANSYS CFX和Workbench，基于流固耦合理論，對(duì)某型號(hào)環(huán)保泵轉(zhuǎn)子在不同軸承剛度下的固有頻率、模態(tài)振型、臨界轉(zhuǎn)速及諧響應(yīng)進(jìn)行了求解分析，主要結(jié)論如下：1）模態(tài)振型在不同剛度支撐下表現(xiàn)為同相振型，以水平擺動(dòng)為主。

圖5 RAN-S與LES仿真結(jié)果對(duì)比 多相流仿真 渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)雜環(huán)境使用中，其真實(shí)流動(dòng)還包括氣/固、氣/液、氣/液/固等多相流動(dòng)。