FLUENT/Mechanical流固单向耦合模拟

本教程演示了T型管道受到高温流体影响而产生变形的单向流固耦合计算分析。

 1   启动Workbench并建立分析项目 

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）分别双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）和Analysis systems→Static Structural选项，即可在项目管理区创建分析项目A（流体）和项目B（固体），将项目A的几何数据（A2）传递给项目B（B#），将项目A的结果数据（A5）传递给项目B（B5）。

 2    导入几何体 

（1）在A3栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

 3    划分模型网格 

（1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）右键选择流体域的入口与出口，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称inlet，outlet1和outlet2，单击OK按钮确认。

（3）右键选择管道固体的内表面口外表面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称pipe inner wall和pipe outer wall，单击OK按钮确认。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（5）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（6）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（7）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 4    定义流体模型 

（1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

（2）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Steady。

勾选Gravity，在Y中填入-9.81m/s2。

（3）在模型设定面板Models中双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Scalable Wall Functions，单击OK按钮确认并关闭对话框。

 5    定义材料 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid单击Copy按钮确认。

（2）同（1），选择固体材料铁。

（3）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。设置流体域材料为水，固体域材料为铁。

 6   边界条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，双击设置inlet，Velocity Magnitude填入0.5。

在Thermal选项卡中，Temperature填入370，单击OK按钮确认退出。

（3）双击设置pipe_inner_wall，在Thermal选项卡中，Thermal Condition选择Coupled，Material Name选择Steel。

（4）双击设置pipe_outer_wall，在Thermal选项卡中，Thermal Condition选择Temperature，Temperature中填入300，Material Name选择Steel。

 7   初始条件 

（1）单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

 8 流固热耦合计算 

（1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Number of Time Steps中输入500，单击Calculate开始计算。

（2）计算收敛完成后，单击单击主菜单中File→Close Fluent按钮退出FLUENT界面。

 9    设置结构材料 

（1）双击B2栏Engineering Data项，进入B2：Engineering Data界面，在该界面下进行材料属性设置。

（2）在Outline of Schematic B2：Engineering Data窗口中，右键空白处选择Engineering Data Sources按钮，弹出的“ Engineering Data Sources”窗口，单击鼠标左键选择General Materials，在Outline of General Materials窗口中，选择Stainless Steel单击右侧的“ ”号。

（3）关闭B2：Engineering Data界面。

 10    结构模型设置 

（1）双击B5栏Model项，进入Static  Structural界面，在该界面下进行模型的网格划分和模型设置。

（2）在Geometry中，右键单击流体域几何体选择Suppress Body禁用流体域。

（3）单击选择固体域，在Material中，Assignment选择Stainless Steel。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Method，Method选择Hex Domainant，Free Face Mesh Type选择All Quad。

（5）网格参数设置，在Element Size中输入2e-3，在Quality中，Smoothing选择High。

（6）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（7）在工具栏单击Inertial->Standard Earth Gravity，Direction选择-Y。

（8）在工具栏单击Supports->Displacement，选择固体域中三个出入口的端面，设置位移为0。

（9）右键单击模型树中Imported Load选项Insert->Body Temperature，在CFD Domain中选择solid_domain。

（10）右键选择Solution，分别单击Insert->Deformation->Total和Insert->Strain->Equivalent作为计算输出变量。

（11）右键选择Solution，单击Slove开始计算。

（12）计算完成后，单击Solution中的Total Displacement便可得到变形的计算结果图。