双向流固耦合实例Fluent与structure

fluent流固耦合传热算例摘要：I.引言- 介绍fluent 软件和流固耦合传热算例II.流固耦合传热的基本概念- 解释流固耦合传热- 说明流固耦合传热在工程领域的重要性III.fluent 软件介绍- 介绍fluent 软件的背景和功能- 说明fluent 软件在流固耦合传热计算方面的应用IV.流固耦合传热算例- 介绍一个具体的流固耦合传热算例- 详细描述算例的步骤和结果V.结论- 总结流固耦合传热算例的重要性- 提出进一步研究的建议正文：I.引言fluent 软件是一款专业的流体动力学模拟软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等行业。

在fluent 中，流固耦合传热是一个重要的计算功能。

本文将介绍fluent 软件和流固耦合传热算例，并通过一个具体的算例详细说明流固耦合传热在工程领域中的应用。

II.流固耦合传热的基本概念流固耦合传热是指在流体流动过程中，由于流体和固体壁面之间的温度差而产生的热传递现象。

在实际工程中，流体和固体之间的热传递过程往往是非常复杂的，需要通过数值模拟来进行分析。

fluent 软件提供了一种流固耦合传热计算的功能，可以帮助工程师更好地理解和优化工程过程中的热传递现象。

III.fluent 软件介绍fluent 软件由美国ANSYS 公司开发，是一款功能强大的流体动力学模拟软件。

fluent 软件可以模拟多种流体流动和传热现象，包括稳态和瞬态模拟、层流和紊流模拟、等温、绝热和热传导模拟等。

在fluent 中，用户可以自定义模型和求解器，以满足不同工程需求。

在流固耦合传热方面，fluent 软件提供了一种耦合求解器，可以将流体流动和固体传热两个问题同时求解。

这种耦合求解器可以大大提高计算效率，并更好地模拟实际工程中的热传递过程。

IV.流固耦合传热算例下面我们通过一个具体的算例来说明fluent 软件在流固耦合传热计算方面的应用。

算例描述：一个矩形通道中，流体流动与固体壁面的热传递过程。

Ansys14 workbench血管流固耦合实例根据收集的一些资料，进行学习后，试着做了这个ansys14workbench的血管流固耦合模拟，感觉能够耦合上，仅是熟悉流固耦合分析过程，不一定正确，仅供参考，希望大家多讨论。

谢谢！1、先在proe5中建立血管与血液流体区的模型（两者装配起来），或者直接在workbench中建模。

图1 模型图2、新建工程。

在workbench中toolbox中选custom system，双击FSI: FluidFlow(fluent)->static structure.图2 计算工程3、修改engineering data，因为系统缺省材料是钢，需要构建血管材料，如图3所示。

先复制steel，而后修改密度1150kg/m3，杨氏模量4.5e8Pa，泊松比0.3，重新命名，最后在主菜单中点击“update project”保存.图3 修改工程材料4、模型导入，进入gemetry模块，import外部模型文件。

图4 模型导入图5、进入FLUENT网格划分。

在workbench工程视图中的Mesh上点击右键，选择Edit…，如图5所示，进入网格划分meshing界面，如图6所示。

我们这里需要去掉血管部分，只保留血液几何。

图5 进入网格划分图6 禁用血管模型6、设置网格方法。

默认是采用ICEM CFD进行网格划分，设置方式如图7所示，截面圆弧边分为12份，纵截面的边均分为10份，网格结果如图8所示。

另外在这个界面中要设置边界的几何面，如inlet、outlet、symmetry图7 设置网格划分方式图8 最终出网格图9 边界几何7、进入fluent图10 进入fluent关闭mesh，回到fluent工程窗口，右键点击setup，选择edit…，进入fluent。

这里设置瞬态计算，流体为血液（密度1060，动力粘度0.004pas），入口压力波动（用profile输入），出口压力0Pa，采用k-e湍流模型。

「耦合案例」双向流固耦合（2）4 Mechanical求解设置4.1 材料参数定义双击模型树节点B2进入材料定义面板如下图所示，添加新材料Rubber，设置其密度为1100 kg/m3，设置杨氏模量1e7 Pa，泊松比为0.45关闭材料定义面板4.2 网格划分鼠标双击B4单元格进入Mechanical右键选择模型树节点Geometry > FFF\Solid，点击弹出菜单项Suppress Body删除流体区域几何右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Method插入网格方法属性窗口中设置Method为Sweep，如下图所示指定Source为圆环面，指定Number of Divisions 为100右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Face Meshing属性窗口中设定Geometry为如图所示的圆环面，指定该面采用映射网格划分右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Sizing添加网格尺寸属性窗口指定圆环面网格尺寸为1 mm，并设定Behavior为hard右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Generate Mesh生成网格，最终形成网格如下图所示4.3 计算参数定义鼠标选中模型树节点Analysis Settings，属性窗口中设置Step End Time为2 s，设置Auto Time Step为Off，设置Define By为Substeps，设置Number of Stepping为1注意：这里设置的Step End Time值必须大于耦合计算的时间。

真正耦合计算的时间在System Coupling中指定，但指定值必须小于此处的Step End Time值。

鼠标选中模型树节点Transient，图形窗口中选择管道内表面，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Insert → Fluid Solid Interface指定该面为流固耦合面选择管道的两个圆环端面，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Insert → Fixed Support指定两个面为固定约束在Solution节点上指定后处理内容，如查看等效应力、等效应变、位移等物理量。

fluent流固耦合案例
一个常见的流固耦合案例是风洞实验。

风洞是一个用于模拟飞行器在风场中运动的设备，其中飞行器模型放置在流场中，通过控制风洞内的气流运动来模拟不同飞行状态下的飞行器性能。

在风洞实验中，流体（空气）和固体（飞行器模型）之间存在耦合关系。

流体流动会受到飞行器模型的阻力、升力等力的影响，同时飞行器模型的形状、表面特性也会影响流体的流动状态。

通过调整风洞中的气流速度、飞行器模型的姿态等参数，可以模拟不同飞行状态下的流体流动和飞行器性能，帮助工程师评估飞行器设计的稳定性、升阻比、气动特性等。

在这个案例中，流体和固体之间的流固耦合是通过相互作用来实现的。

流体的速度和压力分布会受到固体表面的细微变化影响，而固体的运动和力学性能则会受到流体的作用力和流动状况的限制。

通过对风洞实验的观测和数据分析，可以获取关于飞行器在不同飞行状态下的气动性能的重要信息，为改进飞行器设计、提高性能和安全性提供参考。

双向流固耦合实例（Fluent与structure）说明：本例只应用于FLUENT14.0以上版本。

ANSYS 14.0是2011年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling，目前只能用于fluent与ansys mechanical的双向流固耦合计算。

官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。

模块及数据传递方式如下图所示。

一、几何准备流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。

在geometry模块中同时创建流体模型与固体模型。

到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。

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

由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。

当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice切割。

这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。

二、流体部分设置1、网格划分双击B3单元格，进入meshing模块进行网格划分。

禁用固体部分几何。

设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。

这里设定全局尺寸为1mm。

划分网格后如下图所示。

2、进行边界命名，以方便在fluent中进行边界条件设置设置左侧面为速度进口velocity inlet，右侧面为自由出流outflow，上侧面为壁面边界wall_top，正对的两侧面为壁面边界wall_side1与wall_side2（这两个边界在动网格设定中为变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为system coupling类型）。

操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单create named selection，然后输入相应的边界名称。

【流体】Fluent双向流固耦合实例-竖板震荡仿真此案例是ANSYS自带帮助文档里，关于双向流固耦合仿真的例子，作为耦合仿真入门的案例，是挺不错的。

本文仿真软件：Transient Structural + Fluent案例描述：高1m，厚度0.06m的弹性板固定在地面上，在开始的0.5s时间内，对板一面施加100Pa的力，板子受力后弯曲。

然后撤销力，板子会回弹不断震荡。

四周是无风状态。

现在仿真此板子的受力运动过程引起附近空气的震荡，以及空气阻力对版子运动状态的影响。

一、Workbench平台搭建启动workbench软件，在软件左侧的Toolbox中调出三个模块到软件右侧的Project Schematic窗口中：Transient Structural ，Fluid Flow (Fluent)以及System Coupling。

它们之间的数据连接如下图所示。

二、固体力学仿真2.1 在workbench界面，双击A2 Engineering Data。

在打开的软件界面中，在A4单元格输入新材料名字“plane”，然后将左侧Toolbox的Density和Isotropic Elasticity两个属性用鼠标左键拖进A4单元格“plane”中，在软件正下方出现这两个参数设置。

将新建的plane材料设置为默认的固体材料。

右键A4单元格“plane”>“Default Solid Material For Model”。

然后关闭Engineering Data软件界面，返回workbench界面。

2.2 导入几何。

鼠标右键A3 Geometry >Import Geometry > Browse，打开“oscillating_plate.agdb”几何文件所在位置并导入。

几何文件在文末有下载链接。

然后双击打开A3 Geometry，进入Geometry软件界面。

生成几何并Suppress流体域“Fluid”。

fluent 二维流固耦合Fluent二维流固耦合引言：Fluent是一种流体力学计算软件，可以用于模拟和分析各种流体流动问题。

二维流固耦合是指在计算过程中，流体和固体之间相互作用的情况。

本文将介绍Fluent二维流固耦合的基本原理、应用领域以及其在工程实践中的重要性。

一、基本原理1. 流体模拟：Fluent利用有限体积法对流体流动进行数值模拟。

通过划分计算区域为网格，利用Navier-Stokes方程和质量守恒、动量守恒、能量守恒等基本方程，对流体的速度、压力、温度等参数进行求解。

2. 固体模拟：对于固体部分，Fluent采用有限元法进行结构分析。

通过将固体划分为离散的网格单元，利用弹性力学原理和材料本构关系，对固体的位移、应力、变形等进行求解。

3. 流固耦合：在Fluent中，流体和固体之间的耦合通过边界条件和相互作用力来实现。

流体和固体之间的相互作用力包括压力、摩擦力、浮力等。

通过迭代计算，不断更新流固界面上的边界条件和相互作用力，从而实现流体和固体之间的耦合效应。

二、应用领域1. 航空航天工程：在航空航天工程中，二维流固耦合可以用于模拟飞机在飞行过程中的空气动力学效应，如升力、阻力、气动力等。

通过对飞机的流场和结构进行联合计算，可以优化飞机的设计，提高其性能和安全性。

2. 汽车工程：在汽车工程中，二维流固耦合可以用于模拟汽车在行驶过程中的空气动力学效应，如阻力、升力、气动噪声等。

通过对汽车的外形和流场进行优化，可以降低油耗、提高操控性能和乘坐舒适度。

3. 建筑工程：在建筑工程中，二维流固耦合可以用于模拟建筑物在风荷载作用下的响应，如结构变形、应力分布等。

通过对建筑物的结构和风场进行联合计算，可以评估建筑物的安全性，指导结构设计和抗风设计。

4. 能源工程：在能源工程中，二维流固耦合可以用于模拟液体和气体在管道中的流动，如油气输送管道、水力发电管道等。

通过对管道的流场和结构进行耦合计算，可以评估管道的流量、压力损失等性能指标，指导管道的设计和运行。

Fluent流固耦合传热算例介绍在工程领域中，流固耦合传热是一个重要的研究领域。

通过数值模拟方法，我们可以对流体和固体之间的传热过程进行分析和优化。

Fluent是一种常用的流体动力学软件，可以用于模拟流体的运动和传热。

本文将介绍一个关于Fluent流固耦合传热的算例，讨论其原理、步骤和结果分析。

算例背景我们以一个热交换器为例来进行流固耦合传热的模拟。

热交换器是一种常见的设备，用于将热量从一个流体传递到另一个流体，常见于工业生产和能源系统中。

通过模拟热交换器的传热过程，我们可以更好地了解其工作原理，优化设计，并提高其传热效率。

模型建立几何模型首先，我们需要建立热交换器的几何模型。

根据具体的热交换器类型和尺寸，我们可以使用CAD软件绘制出几何模型，并导入到Fluent中进行后续的模拟分析。

边界条件在模拟中，我们需要设置合适的边界条件来模拟实际工况。

对于热交换器的模拟，我们通常需要设置流体的入口温度、出口温度、流速等参数，以及固体壁面的温度和热传导系数。

数值模拟流体模拟在进行流固耦合传热模拟之前，我们首先需要进行流体模拟。

通过Fluent软件，我们可以对流体的运动进行数值模拟，并得到流体的速度场、压力场等关键参数。

在热交换器模拟中，我们需要注意流体的流动特性，如湍流、层流等，以及流体的物性参数，如密度、粘度等。

固体传热模拟在得到流体模拟的结果后，我们可以将其作为固体传热模拟的边界条件。

通过设置固体壁面的温度和热传导系数，我们可以模拟固体的传热过程。

在热交换器模拟中，我们通常关注固体的温度分布、热流密度等参数。

流固耦合模拟最后，我们将流体模拟和固体传热模拟结合起来，进行流固耦合传热模拟。

在Fluent中，我们可以通过设置合适的耦合算法和迭代步长，将流体和固体的传热过程耦合起来。

通过迭代计算，我们可以得到流体和固体的传热过程，并分析其传热特性和效率。

结果分析通过流固耦合传热模拟，我们可以得到丰富的结果数据，如流体的速度场、压力场，固体的温度分布、热流密度等。