Fluent 流固耦合基础教程

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1、1 Fluent 流固耦合基础教程 Fluent 流固耦合基础教程（上） 作者 Seventy721， 2012年2月 （本文版权属于作者，欢迎转载，但是请保留作者信息） 最近用fluent UDF做了个弹性梁的流固耦合问题。这里把经验跟大家分享一下。这个帖子主要是介绍基本操作和程序编写，算是扫盲贴；对于CFD，有限元、梁理论、流固耦合原理不做过多探讨，请大家见谅。另外作者水平有限，时间精力也有限，写得不好也请见谅了。 作者假设读者熟悉Fluent，对CFD的基本概念有所了解，具备一定的C/Fortran语言编程技能，并且了解有限元的基本理论和程序编写。不过即使背景有所欠缺也无妨，点是了解基本

2、流程和操作方法。 1. 流固耦合问题的种类 流固耦合问题可以分为很多种。按照耦合程度分类，可以分为强耦合问题和弱耦合问题。但是这种分类方法有两个流行的版本。 第一版本根据流g1411和固g1411g1147间g11560g1218g5537g2813的程度g7573g2114分，g3416g5141g1098g5316用g1117g16952得g8708g17843多。g4018g7628固g1411g17920g2264很g4671，对 流g3434的g5537g2813不大，g2121g16852为是弱耦合。g8708g4018g18433g4750g12753g18051g1943的水流

3、g5445g17319的g12753g3825g17920g2264，g7530g13868的g6495g20180g12665，可以g4750于这类。g3416g16849算g7530技g7519不g3919g2561g17902的时g1299，这类问题一g14428g18423用g12720g2374 的流g3434g8273g3515，g4018g12720g2437g2064g1413g5522g10470的理g5923流g1411，解g7616g2090g11105于固g1411g17920g2264g13884g5445g17319的流g3434作用力，g10086g2622g19

4、81g4662这g1227作用力g7149g2256g2144固g1411g6615g2150方程g1082，g1278g13884得g2144g19572g2256g17240g18431，g19572g2256g13000度， g19572g2256g2122度，以g2554g1958g1286g19854g13551性g20137。g19647g11632g16849算g7530技g7519的g2561g4741，对这类问题的g11556g6613g7072g1644g8273g6415g17984g9280g6208为可能。g4018g7628固g1411g2568g5522g6214

5、g17920g2264g8708g17843大，g1958对流g3434的g5537g2813不可g5677g11157，g2121g4750于 强耦合。强耦合问题g5621g20139对流g3434和固g1411g17931行g13558g14372的g16849算，g1909分g13875g15489固g1411g2568g5522对流g3434的g5537g2813。g19504g19480g5424g19485，g15984g9186g17994过g15984g12753g11027g14284，g7175g5196g3416g20222g1117g20232g14414，g12665

6、g18221g4750于这类问题。解 g2019这类问题g19760要g1485g19856g7072g1644g8273g6415，g1360g13583的g12720g2374g8273g3515很g19694g5316用g3416这类问题g1082。 第二个版本根据流g1411和固g1411求解的g8273式g7573g2114分，g3416学g7519领域用的g8708g17843多。强耦合问题被g16852为是流g3434和固g1411 g2568g5522g5621g20139同时求解的问题。带有渗流的多孔介g17240g2568g5522问题可以算这类问题。弱耦合问题g2121是

7、流g3434和固g1411g2568g5522可以分g5424求解，但是二者的信息交换g17994过循环迭g1299完g6208。 多g7072g5141程问题g18221可以算做这类问题。 这里我要讲的是第一类g2114分标准g1117的弱耦合问题，但所用的g7072g1644方法也可以g5316用g2144强耦合问题g1117，只是结构g1411的有限元方法g19760要g18423用大g2568g5522理论。按照第二种g2114分标准g7573说，这里解g2019的是流g3434和固g1411g2568g5522/g17920g2264分别求解，两g3434g1147间的g11560g

8、1218作用g17994过迭g1299实现。 2. 流固耦合问题的数值模拟 既g10086是g7072g1644g8273g6415，g2121g19760g4662系g13583方程g3416时域g1082离散。g3416每个时间步g1082分别解算流g1411域和固g1411域。固g1411的g2568g5522g6214位移导g14372流固边界的g17920g2264。这个g17920g2264以g2264网格的g5522势g1360递给流g3434，g10086g2622求解流g3434。流g3434的解g2121包括了这个g17920g2264所导g14372的反力。g4662这个

9、反力反馈给固g1411，求解g1958下一时间步的g2813g5316。g4018图1所示。 图1 以上的概念恐怕大家都清楚家有ANSYS14 WorkBench，则流固耦合问题很容易解决但是如果只用Fluent，则需要做一些工作个流程以及其中的一些技巧做。 3. 流固耦合例题 既然是具体讲，就不如找个例题来说截面管道里。梁的截面也是圆形结构。梁可以在三维空间里弯曲处的流速为Uin。上游长度为图2 4. 流体模型 流体模型的建立是关键的一环2 ，只是谈到实现的时候，需要做很多细致的工作，因为大部分的工作都自动化处理了。即便使用先进的数值模拟工具，也会对提高效率以及保证精度有所帮助。g1083面

10、就讲讲。图2是一g7785g7684g17823的g5481g5719梁，g9128g8977在在g11556g5556为，g11556g5556为D，长度为L。梁的g1108g12575为g19232g6613。流体为g8804，梁中g9961所在截面上的g5283g3447流速为Lup，g1083游长度为Ldw。上g1083游的长度分g2139为，因为流体模型的g4013g3455g11556g6613g5537g2813到所g5575解的合理g5719。g5507然，如果大。如果g14125g5428清楚g7076具体g5694g1144Dt的圆g7076个结构是三维U。管道g1941g

11、257910D。 。建立g4013的 流体模型需要 g2137用流体g2251g4502g11797g16886对所处理的问题进g15996g13612合分g7616g10409g5553建立合g17970的g13697g7788，g17977g6425合理的g9341流模型g2748g12743g8965到梁g16024面的g2251，因g8596g2038g11934的g17897g11132g4722，需要g13577g2090g17970g5507的理g11105g2090g2038g11934的值。g18423用动g5681k-epsilon 是g11105g1214g19751g1

12、6938g5283g3447g18000g6208的。g17929里g6209g1308g18423用Eddy Simulation, LES)。LES对g9489g17379y+ 1。在Gambit里可以g7145便g3424建立g17897g11132g4722g13697g7788g7788是个g3901g7538的g16909题，g17929里g1092不g9145及g11105g1214固体-g9186体g17897g11132要g12331动，要g4662动g13697g7788g2410g3599g2748不动g13697g7788g2410g3599分g5424图3 固体g27

13、48g9186体的g1236g11132面g19572g17921的g2410g3599是动g13697g7788g2410g3599动g13697g7788g2410g3599。动g13697g7788g2410g3599的大g4671g5316g5507g16374具体问题g13884g4554化g14643g3364。梁g16024面的g13697g7788g14514g9961g1405g13726g19647g11632梁的g17920动g13884g2568化g2410g3599 wall_mov_beam。梁的g1108个g12575g9961也需要进g15996g6615g21

14、50wall_mov_end1 g2748 wall_mov_end2g17897g11132g4722。Fluent帮助g7095g7827上说g17897g11132g4722g5316g16917g2437g10524作为一个动g13697g7788g2410g3599g4722的g2568形，g19554g8594g2090现g17897g11132g4722的g5426化g1597以上，g5286g1092只g18423用smoothing如果g2568形g17843大，流体g13697g7788需要g18429g7136g2114分g2410g3599g1973使用 smoothi

15、ngg6615g2150g13884g1092g13875g15489到g2090了g17897g11132g4722以g2622g17929个g2410g3599的g4720部解对g7076体解g5537g2813不是很大g7788要g8818，g11082g14371g18423用wall function4几何模型（部分）g2748图5g13697g7788g2114分3 。g7785据流体的g19751g16938数g2748其它。g6209g1308希望流体模型g14125够尽量g2038g11934g3424捕near-wall处理g7145g8965很g18429要。g18423

16、用wall function。g11105g1214g6209g1308处理的是动g2251问题，希望模型对梁g16024面g2251的g2568化g13577或者k-omegag9341流模型计g12743所g5575的激励幅值明显偏g4671对流体动g2251g10409g5719捕捉比g17843g4013的大涡g9341流模型near-wall处理g7145g8965要g8818比g17843高，需要g17897g11132上的第一g4722g13697g7788厚度，达到以上要g8818。如何建立良g4013的g13697。 流体g13697g7788必须改g2568，需要g17920用动g13697g7788技术。g8596时建模的时候需，如图3所示。 （fluid_dyn），远离固体的g2410g3599可以g4554义为不，但起码要g14125够囊括固体的最大g1405g13726g2568，因g8596需要g4662梁的g16024面g2437g10524g4554义为一个，因g8596也可以分g2139g4554义g10524立g241