FLUENT/Mechanical流固单向耦合模拟

本教程演示了T型管道受到高温流体影响而产生变形的单向流固耦合计算分析。

 1     启动Workbench并建立分析项目 

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）分别双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Analysis systems→Static Structural选项，即可在项目管理区创建分析项目A（流体）和项目B（固体），将项目A的几何数据（A2）传递给项目B（B#），将项目A的结果数据（A5）传递给项目B（B5）。

 2     导入几何体 

（1）在A3栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

 3     划分模型网格 

（1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）右键选择流体域的入口与出口，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称inlet，outlet1和outlet2，单击OK按钮确认。

（3）右键选择管道固体的内表面口外表面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称pipe inner wall和pipe outer wall，单击OK按钮确认。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（5）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（6）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（7）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 4     定义流体模型 

（1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

（2）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Steady。

勾选Gravity，在Y中填入-9.81m/s2。

（3）在模型设定面板Models中双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Scalable Wall Functions，单击OK按钮确认并关闭对话框。

 5     定义材料 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid单击Copy按钮确认。

（2）同（1），选择固体材料铁。

（3）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。设置流体域材料为水，固体域材料为铁。

 6     边界条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，双击设置inlet，Velocity Magnitude填入0.5。

在Thermal选项卡中，Temperature填入370，单击OK按钮确认退出。

（3）双击设置pipe_inner_wall，在Thermal选项卡中，Thermal Condition选择Coupled，Material Name选择Steel。

（4）双击设置pipe_outer_wall，在Thermal选项卡中，Thermal Condition选择Temperature，Temperature中填入300，Material Name选择Steel。

 7     初始条件 

（1）单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

 8     流固热耦合计算 

（1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Number of Time Steps中输入500，单击Calculate开始计算。

（2）计算收敛完成后，单击单击主菜单中File→Close Fluent按钮退出FLUENT界面。

 9     设置结构材料 

（1）双击B2栏Engineering Data项，进入B2：Engineering Data界面，在该界面下进行材料属性设置。

（2）在Outline of Schematic B2：Engineering Data窗口中，右键空白处选择Engineering Data Sources按钮，弹出的“ Engineering Data Sources”窗口，单击鼠标左键选择General Materials，在Outline of General Materials窗口中，选择Stainless Steel单击右侧的“+”号。

（3）关闭B2：Engineering Data界面。

 10     结构模型设置 

（1）双击B5栏Model项，进入Static  Structural界面，在该界面下进行模型的网格划分和模型设置。

（2）在Geometry中，右键单击流体域几何体选择Suppress Body禁用流体域。

（3）单击选择固体域，在Material中，Assignment选择Stainless Steel。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Method，Method选择Hex Domainant，Free Face Mesh Type选择All Quad。

（5）网格参数设置，在Element Size中输入2e-3，在Quality中，Smoothing选择High。

（6）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（7）在工具栏单击Inertial->Standard Earth Gravity，Direction选择-Y。

（8）在工具栏单击Supports->Displacement，选择固体域中三个出入口的端面，设置位移为0。

（9）右键单击模型树中Imported Load选项Insert->Body Temperature，在CFD Domain中选择solid_domain。

（10）右键选择Solution，分别单击Insert->Deformation->Total和Insert->Strain->Equivalent作为计算输出变量。

（11）右键选择Solution，单击Slove开始计算。

（12）计算完成后，单击Solution中的Total Displacement便可得到变形的计算结果图。

文章来源：南流坊