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联合使用Fluent 和Mechanical进行流固耦合热应力计算案例上篇

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6月前浏览12019

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了一个利用Fluent+Mechanical计算固体结构物在流场作用下的热应力的案例。案例中,金属管道内部及外部存在温度不同的流体,管道内部温度在Mechanical中求解,其内部壁面及外部壁面的温度及压力则从CFX中获取。计算模型包括管道、流体域和长方体,通过DM模块进行几何处理,利用布尔运算保留固体几何。在Mechanical中,对管道进行固体计算设置,包括几何处理、网格划分、指定计算参数、指定约束、指定流固耦合面和设置环境温度。最后,关闭Mechanical,返回Workbench。


本案例利用Fluent+Mechanical计算固体结构物在流场作用下的热应力。1 问题描述

计算模型如图所示。

金属管道内部及外部存在温度不同的流体,管道内部温度在Mechanical中求解,其内部壁面及外部壁面的温度及压力则从CFX中获取。

其中Duct Inlet入口速度为0.5 m/s

温度为400+100*sin(2*pi*t/25)

管道入口速度为0.5 m/s

温度为400-100*sin(2*pi*t/25)

本案例采用如下图所示的计算流程。

2  几何处理

管道几何采用外部导入,流体域几何在DM中抽取。

  • 如下图所示,通过A2单元格导入几何模型geom.agdb

  • 右键选择A2单元格,选择菜单项Edit Geometry in DesignModeler…进入DM模块

导入的几何模型如下图所示。

  • 在DM模块中在管道外部创建一个尺寸为2*2*10 m的长方体

  • 利用菜单Create → Boolean对几何体进行布尔减运算,最终得到几何体如图所示。

注:布尔运算时保留固体几何。

3 固体计算设置

  • 鼠标双击B5单元格Setup进入Mechanical设置

3.1 几何处理

  • 选择Geometry节点下子节点Fluid_Pipe及Fluid_Duct,点击鼠标右键,选择弹出菜单项Suppress Body删除流体计算区域几何

  • 选中节点Solid_Pipe,属性窗口中指定其材料为Structural Steel,如下图所示

3.2 网格划分

  • 右键选择模型树节点Solid_Pipe,点击弹出菜单项Insert → Commands插入APDL命令

  • 输入命令et,matid,227,11

注:

  • 默认情况下Mechanical将实体模型指定为Solid单元,求解结果中并不包含温度变量。本案例要计算温度,则需要利用到结构-热耦合单元。

  • 该命令将网格单元切换为227号单元,并设置KEYOPT为11。227号单元为结构-热耦合单元,该单元为四面体。若要划分六面体网格,则使用226号单元。

  • 右键选择模型树节点Mesh,点击弹出菜单项Insert → Sizing插入网格尺寸

  • 如下图所示,在属性窗口中设置体网格尺寸为100 mm

  • 右键选择节点Mesh,点击弹出菜单项Insert → Method插入网格生成方法

  • 属性窗口中设置MethodTetrahedrons,如下图所示

  • 选择管道的内外壁面,点击鼠标右键,选择弹出菜单项Insert → Sizing插入面网格尺寸

  • 如下图所示,指定Element Size80 mm,指定BehaviorHard

  • 右键选择模型树节点Mesh,点击弹出菜单项Generate Mesh生成网格

形成网格如下图所示。

3.3 指定计算参数

  • 点击模型树节点Analysis Settings,属性窗口中如图所示设置:Number of Steps = 1,Step End Time =50 s,Auto Time Stepping = Off,Define By = Substeps,Number of Substeps = 1,Time Integration = On

注:最终的计算时间以及时间步长,由System Coupling定义。

3.4 指定约束

  • 选择管道两个端面,点击鼠标右键,选择弹出菜单项Insert → Displacement插入位移约束

  • 如下图所示,指定三个方向的位移均为0 mm

注:这里采用位移约束而不是固定约束。若刚才用Fixed Support约束,则这两个面上不仅位移被约束为0,同时温度也被约束为0 C。

3.5 指定流固耦合面

  • 选择管道及外壁面,图形窗口中点击鼠标右键,选择弹出菜单项Insert → Fluid Solid Interface插入流固耦合面

  • 选择管道及内壁面,图形窗口中点击鼠标右键,选择弹出菜单项Insert → Fluid Solid Interface插入流固耦合面

3.6 设置环境温度

  • 选择模型树节点Transient,属性窗口中设置Environment Temperature26.85 C

注:这里设置温度为26.85 C,表示在该温度下热应力为0。

  • 右键选择模型树节点Transient,点击弹出菜单项Insert → Commands插入APDL命令mfou,5

注:该命令指定每5个时间步保存一次结果文件。本案例中未涉及到其他的热边界,若需要指定热边界,则可以在Transient节点中通过插入APDL命令来实现。

  • 关闭Mechanical,返回Workbench

作者:流沙CAE,仿真秀专栏作者



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MechanicalFluent
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首次发布时间:2019-03-29
最近编辑:6月前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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3条评论
jiaoshou1001
海纳百川,有容乃大
5年前
插入的APDL命令能否分享一下
回复
仿真秀0415203346
签名征集中
5年前
这就结束了么?
回复
Amesim青衫依旧
签名征集中
5年前
源文件在哪里下载哦,
回复 1条回复
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