LS-DYNA中不可压缩流体处理器——ICFD

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LS-DYNA ICFD 模块介绍
LS-DYNA ICFD（Incompressible Computational Fluid Dynamics）是LS-DYNA软件中专门针对不可压缩流体动力学问题开发的高效求解模块。该模块基于有限元方法（FEM）和浸入式边界法（Immersed Boundary Method），能够精确模拟复杂几何中的流体流动、流-固耦合（FSI）及多物理场耦合现象。

核心特点：

1. 不可压缩流动模拟：适用于低速或中等流速的流体分析，如汽车空气动力学、生物流体、管道流动等场景。

2. 流-固耦合（FSI）：通过耦合结构求解器，实现流体与柔性/刚性结构的双向交互，例如船舶航行、心脏血流模拟等。

3. 浸入式边界法：无需贴合流体网格与几何边界，大幅简化前处理工作，尤其适合复杂运动边界问题。

4. 多物理场扩展：支持与热传导、湍流模型（如RANS、LES）、自由表面（VOF）等耦合分析。

典型应用场景：

· 汽车涉水、油箱晃动、风机叶片流体载荷

· 建筑风工程、通风系统优化

· 生物医学领域的血流动力学模拟

ICFD模块与LS-DYNA显式/隐式求解器无缝集成，为用户提供了一套高效、高精度的流体仿真解决方案，助力复杂工程问题的多学科协同分析。

ICFD与Fluent的区别

核心算法与求解方法

对比项	LS-DYNA ICFD	ANSYS Fluent
求解器基础	基于有限元法（FEM），采用浸入式边界法（IBM）	基于有限体积法（FVM），支持结构化/非结构化网格
网格处理	无需体网格贴合边界（IBM优势），适合复杂运动边界	需要高质量体网格（如边界层网格），对网格依赖性较强
流固耦合（FSI）	原生耦合LS-DYNA结构求解器，双向耦合效率高	需通过System Coupling或Mechanical耦合，设置较复杂

适用场景与优势

对比项	ICFD 优势	Fluent 优势
流动类型	擅长不可压缩流、瞬态流动（如低速流体、生物流动）	覆盖更广（可压缩/不可压缩、燃烧、多相流等）
复杂边界运动	浸入式边界法天然适应大变形/运动边界（如心脏瓣膜）	需动网格或重叠网格，计算成本较高
多物理场耦合	与LS-DYNA结构、爆炸、热分析无缝耦合	需通过Workbench平台耦合其他模块（如Mechanical）
工业应用	汽车涉水、油箱晃动、风工程中的FSI问题	航空航天、能源化工、复杂多相流问题

ICFD设置流程

典型的ICFD算例建模计算流程如下:

(1)定义计算域流体网格。

有两种定义方法:

方法1:用户首先通过MESH_SURFACE_ELEMENT定义流体边界面网格,然后通过ICFD_PART定义流体边界面网格Part,接着通过MESH_VOLUME引用这些Part,形成封闭体,LS-DYNA自动生成封闭体内的流体计算域网格,这是最常用的模式。注意，MESH_VOLUME定义的VOLID可被MESH_INTERF、MESH_SIZE、MESH_EMBED_SHELL等关键字所引用,并没有被ICFD_PART_VOL定义的Part引用。此外,流体边界网格构成的封闭几何不能存在间隙或重合节点。

方法2:用户提供计算域流体网格,并通过*ICFD_SETNODELIST将边界上的节点关联到流体边界面网格Part。目前仅支持三角形和四面体网格。

(2)通过*ICFD_MAT定义材料模型及其参数,用户需要输人密度RO及黏性系数 VIS。

(3)通过*ICFD_SECTION 定义单元算法。

(4)通过*ICFD_PART引用定义的SECID和MID,生成带有物理属性的流体边界面网格 Part。

通过*ICFD_PART_VOL引用定义的SECID、MID和流体边界面网格Part,生成带有物理属性的流体计算域网格Part。注意,*ICFD_PART_VOL定义的PID没有被其他关键字引用。

(5)定义边界条件,即自由滑移边界、无滑移边界、地面边界、入口流速、出口压力等。

*ICFD BOUNDARY FREESLIP:自由滑移边界。

*ICFD BOUNDARY NONSLIP:无滑移边界。

*ICFD BOUNDARY GROUND:地面边界。

*ICFD BOUNDARY PRESCRIBED_VEL:入口流速边界

*ICFD BOUNDARY PRESCRIBED PRE:出口压力边界

(6)必要的话,在流体和结构之间定义流固耦合。