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。注意:FLUENT会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型,当然用户也可以在fluent进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。
本部分操作完毕后,关闭meshing模块。返回工程面板。 3、进入fluent设置
FLUENT主要进行动网格设置。其它设置与单独进行FLUENT仿真完全一致。 设置使用瞬态计算,使用K-Epsilon湍流模型。
这里的动网格主要使用弹簧光顺处理(由于使用的是六面体网格且运动不规律),需要使用TUI命令打开光顺对六面体网格的支持。使用命令
/define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters。
动态层技术与网格重构方法在六面体网格中失效。因此,建议使用四面体网格。我们这里由于变形小,所以只使用光顺方法即可满足要求。
点击Dynamic mesh进入动网格设置面板。如下图所示,激活动网格模型。
4、smoothing参数
使用弹簧光顺方法。设置参数弹簧常数0.6,边界节点松弛因子0.6。如下图所示。
5、运动区域设置
主要包括三个运动区域:流固耦合面、两侧的面。其中流固耦合面运动方式为system coupling,两侧壁面运动类型为deforming。设置最小网格尺寸0.8,最大网格尺寸1.5,最大扭曲率0.6。如下图所示(点击查看大图)。