学习流固耦合理论时的旧笔记。
流固耦合分析的原因。我们把这种类型的分析称为“双向耦合”。
双向耦合的迭代计算:这种计算方法也被称为分割方法。在这种解法中,流体和固体的求解变量是完全耦合的。
流体方程和固体方程先后被单独求解。总是用到耦合系统的另一部分所提供的最后信息。
在双向耦合中迭代方法需要比直接方法更少的内存。它适合包含或不包含接触条件的小型到中型问题它也能很好地进行稳态分析。
双向耦合的直接计算:这种方法也被称为同时求解方法。在这种直接解法中,跟在上面的迭代解法中一样,流体和固体求解变量也是完全耦合的。
流体等式和固体等式被结合起来并且被当成是在一个系统中来对待。这样,它们在一个矩阵系统中被线性化,就像单独的流体模型或者固体模型那样。
求解双向耦合时直接方法通常比迭代方法快。它适合不包含接触条件的小型到中型问题。它做瞬态分析也很好。
单向耦合的直接求解:这种情况中流体力施加到结构上同时结构对流场没有影响。Choose one as the maximum number of FSI iterations permitted in the iterative fluid-structure coupling for this type of analyses.
单向耦合的直接方法适合对于流场来说可以忽略的小位移的小型到中型问题。
在双向流固耦合的迭代计算中,稀疏求解器每次在固体和流体模型被求解后都会释放内存。
流体问题总是非线性的。
通常,CFL数越大,算法越不稳定或者收敛越困难。小的CFL数的缺点是更慢的收敛。
单向耦合的非直接计算:当单向FSI耦合中的流体模型很大时,有效的方法是首先计算流体流动并且在选定的时间步把应力存储到一个文件中。然后可以分析固体模型,由文件中输入流体应力,as many times as required.
在这里很需要提到的是流体和固体模型仍然是分别准备的,因此两个模型的网格在界面上可能会不兼容。在这个非直接计算方法中,程序的功能与在单向耦合的直接求解中的一样。
在单向耦合问题的直接计算中,所有的控制参数都在流体和固体求解器中单独指定。这样就可能造成流体和固体求解时间之间的差异。在特定的流体应力不可用的时间,进行一个线性插值来为固体模型提供流体应力。
如果求解时间到了所存储的流体应力所保护的时间范围之外,就应用一个线性外推。为了有更精确的解,流体应力应该被更频繁地保存以便覆盖固体模型可能会用到的时间步。