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ANSYS Workbench流-热-固多场耦合计算方法详解

3月前浏览18974

本文摘要(由AI生成):

本文主要介绍了ANSYS Workbench平台下的多场耦合计算功能,包括流-热耦合、流-固耦合、热-固耦合和流-热-固耦合计算。流-热耦合主要研究流体与结构之间的换热问题,流-固耦合主要研究流体流动导致结构变形,而结构变形可能会影响流体流动,热-固耦合计算主要研究结构与温度场的相互作用,流-热-固耦合计算主要研究涉及到流动、换热与结构变形同时考虑的情况。基于ANSYS Workbench平台可以实现单向和双向流热耦合计算,单向和双向流固耦合计算,单向和双向热固耦合计算,以及完全的流-热-固双向耦合计算。

目前,ANSYS版本已经更新到了2020R2,多场耦合计算功能,更加完善,操作使用更加方便,对于多场耦合根据耦合方式可以分为:

(1)单向耦合。A场对B场有影响,而B场对A场没有影响,常见的问题就是热应力计算,一般的热应力计算中,只考虑温度对结构的影响,而忽律结构变形对温度场的影响;
(2)双向耦合。A场对B场有影响,而B场对A场也有影响,例如气动颤振问题,流场对结构的变形有影响,反过来结构变形也会影响流场。
耦合计算的方法主要包括,直接耦合法和迭代耦合法。
(1)直接耦合法,就是计算单元具备多场的自由度,可以在一个单元矩阵中完成耦合求解,常用的单元是SOLID226,该单元可以完成热-结构,热-电-结构的直接耦合计算。
(2)迭代耦合法,就是不同场的量,分别在不同的软件环境中完成求解,然后进行数据交换,接着再进行独立计算,重复以上过程,当场之间的数据交换稳定时,终止数据交换,完成一次耦合计算,常见的就是流-固耦合计算问题。

1.-热耦合计算

流热耦合计算,主要研究流体与结构之间的换热问题。用户可以使用Fluent模块或Fluent 结构热模块 系统耦合器完成计算,基于ANSYS Workbench平台可以完成单向和双向流热耦合计算。

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图 干燥器的截面温度云图

2.-固耦合计算

流-固耦合主要研究流体流动导致结构变形,而结构变形可能会影响流体流动。基于ANSYS Workbench可以实现单向和双向流固耦合,而且可以处理结构发生大变形的双向流固耦合计算,流固耦合计算的典型应用包括,机翼颤振,管道振动,导线覆冰振动,含流体容器晃动,结构跌落入水冲击,柔性结构扰流振动等。

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图 机翼颤振过程的截面速度与机翼应力云图

3.-固耦合计算

热固耦合计算,主要研究结构与温度场的相互作用。常见的热固耦合计算,就是结构的热应力,为单向耦合,此外用户也可以考虑双向的摩擦生热计算。摩擦生热双向热固耦合,采用耦合场单元进行解算,该单元同时具备了结构和热自由度,在一个单元矩阵里完成耦合计算,计算稳定,而且解决了温降的问题。

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图 简化制动器摩擦生热计算

4.--固耦合计算

流-热-固耦合计算,主要研究涉及到流动,换热与结构变形同时考虑的情况,按照各场耦合的情况,可以分为流-热双向耦合 结构单向耦合和完全流-热-固耦合,目前,基于ANSYS Workbench可以实现完全的流-热-固双向耦合计算,但是该计算需要插入APDL命令。

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图 芯片与基板的温度云图

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图 芯片与基板的等效应力云图

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Workbench其他耦合流-固&热耦合求解技术理论科普
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首次发布时间:2021-03-24
最近编辑:3月前
张老师
硕士 | CAE工程师 签名征集中
获赞 1117粉丝 21178文章 190课程 64
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作者推荐
未登录
3条评论
七
签名征集中
6月前
请问老师,完全双向设置后不收敛,都可能有哪些原因呢?流固收敛,但是加上热后各种错,要么是显示结构场不收敛,要么System coupling solution stopped before all participants connected. A solver failure occurred during the run in the Transient Structural system
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喳喳增
签名征集中
1年前
solid226不支持线性摄动求解怎么办
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LJE
签名征集中
2年前
张老师你好,完全的双向具体应该怎么做呢
回复 1条回复
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