流固耦合：耦合设置
本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了流固耦合计算中的关键设置步骤，包括流体物性参数设置、求解格式选择、时间步长和步数设置、保存求解设置，以及System Coupling界面的详细配置。推荐在流固耦合计算中不将流体密度设为常数，而是随温度变化。瞬态求解推荐使用2st隐式格式，时间步长和步数需合理设置。在System Coupling界面中，需匹配流体和固体耦合交界面，并设置数据传递细节，包括载荷数据的加载方式和中间重启数据输出的间隔，以确保计算的有效性和连续性。
本文介绍了Fluent和Mechanical流固耦合设置。
Mechanical中Setup设置
Number of Steps设置为 1 , Step End Time不能小于所需计算的时间
只允许单步载荷加载, 可通过重启计算来改变载荷; 或使 用Table数据列表来模拟随时间变化的载荷； Time Duration由SC控制, 但是不能比Step End Time更大。 设置Auto Time Stepping = Off, Define By = Substeps, Number of Substeps =1
如果MAPDL的计算时间步长小于Fluent的时间步长, 可以 选择Auto Time Stepping或Multiple substeps，整个时间步长 是以sC当中设置的为准； 设置Define By = Time时要小心; SC中设置的时间步长会被 MAPDL采用。 
Time Integration- Analysis Data Management
设置Solver Units = Manual
设置Solver Unit System = mks 该设置表面将会采用选择的单位体系替换Workbench和 Mechanical的单位体系; 推荐用户采用该设置, 因为很多情况 下用户并不清楚其他电脑安装的Ansys软件默认为何种单位体系。
在瞬态计算中设置为On: 可考虑非定常效应 (如惯性等) 的影响； 也可以设置为Off, 则可以产生稳态结果：可以用来产生初 始化结果, Fluent仍然要设置为瞬态计算。 Large Deflection 一般情况下均设置为On 如果设置成Off, 则在计算过程中网格不会发生变形, 整个 耦合过程的载荷均作用在初始网格上。 Restart Control
Generate Restart Points = Program Controlled: 频率由SC控制； Retain Files After Full Solver = Yes: 必须设置为Yes以允许重启计算。 Damping Control
流体一般情况下均会提供阻尼； 主要用来模拟结构计算中的能量耗损； Numerical Damping Value = 0.1为默认值来模拟能量耗损; 如果耗损值是需要关注的量。 Analysis Data Management
设置Solver Units = Manual 设置Solver Unit System = mks 该设置表面将会采用选择的单位体系替换Workbench和 Mechanical的单位体系; 推荐用户采用该设置, 因为很多情况下用户并不清楚其他电脑安装的Ansys软件默认为何种单位体系。
Mechanical设置流固耦合交界面
当交界面出现明显的转折角度时, 应当将 2 个面分开, 避免出现数据 映射问题。 一个面只能包含在一个Fluid Solid Interface内
流固耦合交界面不能出现重合现象。
可以使用接触探测功能查看FSI交界面的接触情况。 可能会在Fluent中引起拓扑结构问题。 可以采用Contact Offset来模拟接触, 同时无需把接触间隙设置为 0
避免在Fluent中引起拓扑结构问题； 流体会在间隙处发生泄漏: 有可能会对计算结果有影响 但是一般情况下影响不大。
求解追踪Solution Track
选择Solution Information, 选择Result Tracker > Deformation 在几何结构中选择一个节点, 或者在工具栏中选择
选择一个网格节点；计算完成后会自动生成一个图表, SC在求解过程中会更 新和显示监测数据的变化。
Structural Thermal耦合计算
为了在耦合面上同时传递结构和传热数据, Data to Transfer [Expert] 设置为All System Coupling Data Transfers。 此设置可激活传热数据的传输功能
Fluent中设置
Set up区域和边界条件设置如常。 选择Dynamic Mesh, 设置Dynamic Mesh区域为System Coupling选项。 设置SC区域的面可以接受变形传递。 默认区域均为静止区域。
交界面动网格设置
动网格区域的System Coupling耦合面, 可以 在Solver Option页面下勾选Solution Stabilization。 对于强耦合计算, 该参数可以加强力/变形 传递的稳健性, 避免计算发散。
流体计算参考值设置
可在Setting Up Physics设置参考压力为 0。 可设置其他参考尺寸、密度等，用于后续的 无量纲化参数分析。 参考压力设置为 0 , 则气动力等同于绝对压 力, 否则传递的为相对压力。
FSI交界面设置
对于需要进行热量交换的FSI交界面, 需要进 行设置以接收热交换数据。 设置相应的流固耦合交界壁面的thermal选项 为via System Coupling。 刚格匹配的共轭传热CHT交界面均可设置耦 合界面用于传递热量。 Fluent可以向外传递：温度、热流量、换热 系数和参考温度。 Fluent可以接收：温度、热流量。 
检测数据创建
可以在FSI交界面上创建力、热量传递数据的 监测量。 获取每一个时间步的FSI交界力、热量传递数 据监测结果, 判断该时间步内计算是否收敛。 可以协助判断计算发散的原因。
结果输出
一般情况下Fluent的输出结果设置按默认即可。 可在Automatic Export页面下对输出格式、输 出间隔进行修改。 
对于可压/不可压流体的物性参数设置
无论是对可压还是不可压流体, 建议流体的 密度都不要设置为常数; 对低速、高速气体 最后均设置为理想气体, 即密度是温度变化的函数。 对于液体也要设置为可压缩液体（即使液体 密度随温度和压力的变化很小），这对于求解收敛有极大的好处。 
求解过程
瞬态求解格式选择: 默认为1st隐式求解, 推 荐使用2st隐式格式求解。 格式可能需要更小的时间步长以求得收敛 的结果。
时间步长和步数设置
时间步长Time Step Size和步数Number of Times Steps是由System Coupling界面中的参数来控制。 每个时间步内的最大迭代步数不要太大, 默认值为 20 , 一般建议改为10。
保存求解设置
当在Fluent中修改了设置以后, 需要首先选 择 File > Save Project 保存案例。 点击图标中的Synchronize WB cell status使得 状态与WB保持同步。 
System Coupling（SC）界面的设置
当结构和流体设置均完成后，System Coupling的Setup单元状态显示为绿色循环箭头。
右键点击Update进行更新，并双击打开System Coupling界面进行设置。
操作界面分为：操作树、监测曲线显示、细节设置信息和求解信息显示4部分。
System Coupling Analysis设置
Duration Control: SC界面中对结构和 流体的求解时间长度进行统一控制。 Setup Control: 对瞬态计算, 为结构 和流体的时间步长设置时间步长和结构、流体数据交换迭代步数。 对稳态计算, 设置结构和流体数据 交换迭代的步数。
System Coupling Participants设置
在SC的Participant下会显示结构和流 体的各个耦合交界面。 Fluent的各个壁面名称都会显示, 设 置为流固耦合交界面的可进行后续 匹配, 普通的壁面可向结构计算单 元单向传递气动力和换热数据。
按住Ctrl键同时选择需要匹配的流体和固 体耦合交界面, 然后右键选择Create Data Transfer完成创建。
System Coupling Participants设置
一组流固耦合交界面创建完成后会包括 2 个Data Transfer条目, 一个用来向结构单元传递力, 一个用来向流体单元传递形变。 对于流热耦合交界面创建完成后会包括3 个Data Transfer条目, 温度、换热系数、 近壁面温度。 对流热固耦合交界面, 会包含上述全部 的5个Data Transfer条目。 
Data Transfer Details设置
Ramping当中包含2个选项。 None: 所有传递数据在第一个迭代交换步一次性加载完成。 Linear to Minimum Iteration: 在整个时间 步数内, 载荷数据以线性方式逐步加载; 由Minimum Iteration数来控制。
Execution Control设置
intermediate Restart Data Output：设置中间过程保存文件的间隔，可以用来在计算中断以后进行重启计算。 
总结
对于流固耦合计算而言, Mechanical Analysis Setting中的设置大部分情况下和一般计算均一致, 无需针对不同问题做大的改动； 需要在Mechanical中对需要传递变形的面设置为Fluid Solid Interface以进行后续的数据传递； 在Fluent中需要选择开启动网格Dynamic Mesh设置界面, 激活System Coupling选项来选择需要进行数据传递的耦合交界面； 可在Fluent中对耦合交界上的力、热量交换等数据创建计算监测点； 可在Mechanical中用Solution Trackers监测某个点的变形量； 在System Coupling界面中创建流固耦合数据交换面、计算步和时间步长; 设置保存计算文件的间隔, 防止计算过程中断后继续计算。
