联合使用Fluent 和Mechanical进行流固耦合热应力计算案例（下篇）

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了使用ANSYS Workbench进行流固耦合计算的过程。首先，在Mesh模块中，通过网格划分、网格尺寸设置等操作生成网格。接着，在Fluent模块中，进行General设置、Models设置、Material设置、Cell Zones Conditions设置、Boundary Conditions设置、Dynamic Mesh设置、Initialization设置、Autosave设置和Run Calculation设置。最后，在System Coupling设置中，进行Analysis Settings设置、数据传递设置等操作。计算结果可以在CFD-Post中进行查看。

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4 流体计算设置

4.1 网格划分

• 双击C3单元格进入Mesh

• 右键选择模型树节点Geometry → Solid_Pipe，点击弹出菜单项Suppress Body去除固体区域几何

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Method插入网格生成方法

• 属性窗口中设置Geometry为所有的几何体，设置Method为Tetrahedrons

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Sizing插入网格尺寸

• 如下图所示，设置所有几何体网格尺寸为100 mm

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Sizing插入网格尺寸

• 如下图所示，设置两个流固耦合面网格尺寸为80 mm

注：这里指定耦合面网格尺寸，目的是为了使生成的网格尺寸与固体网格尺寸尽量接近。

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Generate Mesh生成网格

形成网格如下图所示。

• 边界命名如下图所示

注：流固耦合面必须命名，本案例两个耦合面建议单独命名。导入到Fluent中后耦合面会自动分离。

• 关闭Mesh，返回至Workbench

• 鼠标双击C4单元格进入Fluent

4.2 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板中激活选项Transient采用瞬态计算

4.3 Models设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous，选择弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型

• 右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On激活能量方程

4.4 Material设置

• 添加材料water-liquid，采用默认参数

4.5 Cell Zones Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid_duct，弹出的对话框中指定Material Name为water-liquid

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid_pipe，弹出的对话框中指定Material Name为water-liquid

4.6 Boundary Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > coil_inlet，弹出对话框中指定速度为0.5 m/s

• 切换至Thermal标签页，指定Temperature为

400[K] - 100[K]*sin(2*PI*t/25[s])

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > duct_inlet，弹出对话框中指定速度为0.5 m/s

• 切换至Thermal标签页，指定Temperature为

400[K] + 100[K]*sin(2*PI*t/25[s])

4.7 Dynamic Mesh设置

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板激活选项Dynamic Mesh，设置Mesh Methods为Smoothing及Remeshing

注：本案例中热变形极小，也可以不选用Remeshing。

• 点击上图中Settings…按钮，弹出对话框中进入Smoothing标签页，如下图所示，激活选项Diffusion，指定Diffusion Parameter为1.5

• 进入Remeshing标签页，如下图所示选中Remeshing Methods为Local Cell、Local Face及Region Face，点击下方按钮Default

• 点击OK按钮关闭对话框

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板点击按钮Create/Edit…创建动网格区域，如下图所示，指定区域fsi_wall-fluid_duct为System Coupling，其他参数如下图所示进行设置，点击Create按钮创建动网格区域

• 相同方式创建动网格区域fsi_walls-fluid_pipe

4.8 Initialization设置

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize开始初始化

4.9 Autosave设置

• 鼠标双击模型树节点Autosave弹出设置对话框，如下图所示，设置Save Data File Every为5，点击OK按钮关闭对话框

4.10 Run Calculation设置

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Time Steps为1

• 关闭Fluent返回至Workbench

5 System Coupling设置

• 双击D2单元格进入System Coupling设置面板

• 点击节点Analysis Settings，设置End Time = 50，设置Step Size = 1 s

• 按住键盘CTRL键，同时选中节点Fluid Solid Interface及fsi_wall-fluid_duct，点击鼠标右键，选中弹出菜单项Create Data Transfer创建数据传递

• 按住键盘CTRL键，同时选中节点Fluid Solid Interface 2及fsi_wall-fluid_pipe，点击鼠标右键，选中弹出菜单项Create Data Transfer创建数据传递

计算时间太过漫长，这里只计算了5 s。

6 计算结果

• 拖拽Results模块至Workbench中，并如下图所示构建流程

• 双击E2单元格进入CFD-Post

• 1 s时刻Mises应力

• 5s时刻Mises应力

文件太大了，这里只放几何文件。

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