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CFX+WORKBENCH实现流固耦合


[CFX/ICEMCFD] CFX+WORKBENCH 实现流固耦合 WORKBENCH, CFX, 耦合
近日研究流固耦合得一点经验,应 k 版要求,出一个简单教程。有不对之处请大家批评指 正。
& x. y9 L" z" N8 X+ l z+ ~

小弟也是刚刚研究 CFX 等软件。

5 N4 Q& I5 F+ }

[

流固耦合的流程我在另外一个帖子有贴过,那是在 ansys10.0 中的流程,目前我采用了 ansys11.0, 可以说,操作上较 10.0 又有了很大的进步。
) n5 R5 z8 J* a

我的固体部分是在 workbench 里面定义,而流体部分网格划分是在 icem 做,定义边界条件 等是在 CFX 里面完成。 耦合需要的是 workbench 所提供的.inp 文件和 CFX 提供的.def 文件 下面我配合图片简单讲一下: 固体部分:
2 Y1 z& W- E: o) J5 N! Q - @" d+ c- F) k/ X/ j* U

1.建立固体模型。如图所示:

I1 e7 P7 ~- J* `

& N& m$ `3 Q1 [: Z* v: I

固体模型就是一段直管,取了一个对称面。

1 s9 r# Y t- ]$ s) G1 p9 g2 A

2.对固体模型定义材料属性,这个是很简单的;(用过 workbench 的可能都没有问题) 3.对固体模型网格划分,由于是直管,划分比较容易

0 D5 u; O: u: O; K

4.划分完毕,点击 mesh,选择 new analysis 中的 flexible dynamic 进行瞬态分析。在 flexible dynamic
+ [: T5 H/ Q* S8 ^( U0 M" k

中定义边界条件为: 直管两端约束全部自由度, 对对称面加对称边界, 对直管内壁插入 fluid solid interface 的边界(选择内壁面,右键……)

& L' o) C% R# @' I

5.左键点击 solution,右键插入 deformation--total deformation,插入 strain---equivalent elastic strain
e2 U0 l+ D- d2 ]$ E4 N! Y: p

6.左键点击 solution,tools----write ansys input files to 你指定的文件夹。
1 _' d' D! }& B7 u1 l

以上就定义好了固体部分的输入文件:ansys.inp

' ?& }" Q- T9 A" L! @

: Y9 L. Q" |5 ^5 ], ~8 r1 o: ?3 [

流体部分:

1 n+ Q, I" [5 F7 a3 f9 [

1.模型。 模型可以用 icem 读取创建的直管, 取其内表面, 同时删除其余部分, 并重新 repaire 内表面,补上对称面,补上 inlet 和 outlet

2.网格划分(具体过程忽略)

# X8 A& Z* E& _" H5 u7 a

3.选择 output,用 ansys cfx 作为求解器,输出能够被 cfx 读取的文件格式:.CFX5 4.用 CFX 的 mesh 中 import 读取网格文件.cfx5 ,并定义分析类型.

% G7 E% Q8 X5 ~9 h

basic settings ----external solver coupling 选择 ansys mutifield 并将 ansys input file 指向刚刚存储的文件。
9 B0 ?$ K8 g8 O8 {* K" K1 r

然后定义瞬态的时间范围,时间步等。

% _7 @* m! Y& ^2 F" @2 D

5.定义 domain, general options 中选择 mesh deformation 为 regions of motion specified
_ _ c7 ?, i9 d0 ~' s v

"

fluid models 选择 turbulence 为 none 6.定义 inlet,outlet,symmetry 和 wall。

/ @0 i2 V6 ?' U8 [

U3 b$ w

1)这里我的 inlet 给了一个正旋函数的半波,相当于一个脉冲。随便给压力入口还是速度 入口都可以得到比较好的结果。
+ C2 u7 r- }& C1 ~; m4 R: S' N

2)出口我选择了一个 0 压,(暂时还没有想到什么好的边界条件) 3)对称边界设置比较简单
+ W9 U9 m* Q ( |$ L + P+ x ' @6 X

% |. T7 U$ V' w( w+ {5 n% |% k

4)wall 的设置:basic setting 没有问题。boundary details 里面 mesh motion 选择 ansys mutifield。
! c7 b( O" K e7 t! c+ C3 w4 C9 L

7.加初始条件,这里就让所有压力都为 0 即可; 8.solver control 默认即可, output control 添加一个新的 TRANSIENT RESULTS 并将 output frequency 中的 time interval
' Z0 y8 q2 F+ z+ J2 r

设置为跟你的 time step 一样。

* K9 @& }7 d J1 c1 O

9.write .def 文件并启动运算

这里注意指定.inp 文件,工作文件夹,cpu 数量等 10.监视收敛曲线,等着看结果吧!

+ P4 H- w8 U5 r* b& M2 }

有点疑问请教, 在 ansys 端设定好一个档 ansys.inp, 那在 Mesh motion 中的 ANSYS interface 你设定为 FSIN_1, 此 FSIN_1 与 ansys.inp 有关吗?
" v9 e/ {2 ]; B* U J" i9 D |

比较不懂的是它们之间的架构, 例如 workbench 如何传递(或设定) CFX 求得的 pressure(or force ) 给 ANSYS 中 , 然後 ANSYS 求解完变形, 又如何传回来改 cfx ?
6 e3 r9 G4 \ B3 N1 _ ; @& f6 _ - g% o; T' l, f6 y 2 E; W' Z2 l, F

另, 整个 solver 启动是在 workbench or cfx? 1.MESH MOTION 中的 FSIN_1 会默认对应到 INP 中定义的 fluid solid interface 那个面,那 个就是流固传递数据的主要途径; 2.这个就是程序里面提供的,在帮助文档里面有讲软件是如何做的。 (搜索 FSI 会有很多介 绍,一句两句也讲不清楚) 3.整个启动我现在都是在 workbench 里面做的,但是这个不是必须的。实际上只要你先用 workbench 单独做出了 inp 文件,你就完全可以只启动 CFX, 只是在里面调用 inp 就可以了, 计算以及后处理都完全可以在 CFX 中实现,显示功能比 10.0 强了 n 多。
" p$ W. I9 Q8 ~6 {/ s( n t3 z% ?' \' a1 @6 o0 y


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