FLUENT動網(wǎng)格和流固耦合案例詳解

2017-04-01  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

說明:FLUENT動網(wǎng)格和流固耦合案例詳解 只應用于FLUENT14.0以上版本!

模塊及數(shù)據(jù)傳遞方式如下圖所示

幾何準備

流固耦合計算的模型準備與單獨的流體計算不同,它需要同時創(chuàng)建流體模型與固體模型。在geometry模塊中同時創(chuàng)建流體模型與固體模型。到后面流體模型或固體模塊中再進行模型禁用處理。

模型中的尺寸:v1:32mm,h2:120mm,h5:60mm,h3:3mm,v4:15mm。

由于流體計算中需要進行動網(wǎng)格設置,因此推薦使用四面體網(wǎng)格。當然如果擋板剛度很大網(wǎng)格變形很小時,可以使用六面體網(wǎng)格,劃分六面體網(wǎng)格可以先將幾何進行slice切割。這里對流體區(qū)域網(wǎng)格劃分六面體網(wǎng)格,固體域同樣劃分六面體網(wǎng)格。

流體部分設置

1.網(wǎng)格劃分

雙擊B3單元格,進入meshing模塊進行網(wǎng)格劃分。禁用固體部分幾何。設定各相關部分的尺寸,由于固體區(qū)域幾何較為整齊,因此在切割后只需設定一個全局尺寸即可劃分全六面體網(wǎng)格。這里設定全局尺寸為1mm。劃分網(wǎng)格后如下圖所示。

2.進行邊界命名,以方便在fluent中進行邊界條件設置

設置左側(cè)面為速度進口velocity inlet,右側(cè)面為自由出流outflow,上側(cè)面為壁面邊界wall_top,正對的兩側(cè)面為壁面邊界wall_side1與wall_side2(這兩個邊界在動網(wǎng)格設定中為變形域),設定與固體交界面為壁面邊界(該邊界在動網(wǎng)格中設定為system coupling類型)。

操作方式:選擇對應的表面,點擊右鍵,選擇菜單create named selection,然后輸入相應的邊界名稱。注意:FLUENT會自動檢測輸入的名稱以使用對應的邊界類型,當然用戶也可以在fluent進行類型更改。完成后的樹形菜單如下圖所示。

本部分操作完畢后,關閉meshing模塊。返回工程面板。

FLUENT主要進行動網(wǎng)格設置。其它設置與單獨進行FLUENT仿真完全一致。

設置使用瞬態(tài)計算,使用K-Epsilon湍流模型。

這里的動網(wǎng)格主要使用彈簧光順處理(由于使用的是六面體網(wǎng)格且運動不規(guī)律),需要使用TUI命令打開光順對六面體網(wǎng)格的支持。使用命令/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。

動態(tài)層技術與網(wǎng)格重構(gòu)方法在六面體網(wǎng)格中失效。因此,建議使用四面體網(wǎng)格。我們這里由于變形小,所以只使用光順方法即可滿足要求。

點擊Dynamic mesh進入動網(wǎng)格設置面板。如下圖所示,激活動網(wǎng)格模型。

4.smoothing參數(shù)

使用彈簧光順方法。設置參數(shù)彈簧常數(shù)0.6,邊界節(jié)點松弛因子0.6。如下圖所示。

5.運動區(qū)域設置

主要包括三個運動區(qū)域:流固耦合面、兩側(cè)的面。其中流固耦合面運動方式為system coupling,兩側(cè)壁面運動類型為deforming。設置最小網(wǎng)格尺寸0.8,最大網(wǎng)格尺寸1.5,最大扭曲率0.6。如下圖所示(點擊查看大圖)。

6.其它設置

包括求解控制參數(shù)設置、動畫設置、自動保存設置、初始化設置、計算時間步及步長設置等。與單獨FLUENT使用沒有任何差異。迭代參數(shù)設置如下圖所示。

關閉FLUENT,返回工程面板。

固體部分設置

1.材料設置

雙擊C2單元格進入固體材料設置。這里保持默認的結(jié)構(gòu)鋼。彈性模量2.1e11Pa,泊松比0.3。需要注意的是材料特性決定了變形,因此對于剛度小的材料可能會存在大的位移,在流體求解器中動網(wǎng)格設置時需要加以關注。

點擊retrun to project回到工程面板。

雙擊C4單元格進入固體網(wǎng)格劃分模塊。設定網(wǎng)格尺寸1mm劃分網(wǎng)格。

添加流固耦合面及固定邊界約束。

設置分析參數(shù),時間步長設置為0.01s,總時間為1s。如下圖所示。

設置完畢后,關閉DS返回工程面板。右鍵單擊C5單元格,選擇update進行更新。

System Coupling設置

1.設置時間耦合

雙擊D2單元格,進入System Coupling面板。點擊Analysis Settings,如左下圖所示。

在彈出的面板中設置end time為1s,設置step size為0.01s,如右上圖所示。

點選ctrl的同時選擇固體與流體中的耦合面名稱,點擊右鍵,創(chuàng)建流固耦合面。如下圖所示。

點擊Co-Sim. sequence單元格,在彈出的編輯面板中設置各求解器的啟動順序。設置fluent為1,Transient為2。如下圖所示。

3.進行流固耦合計算

通過點擊工具欄上的Update Project按鈕進行流固耦合計算。

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