基于mpcci的abaqus和fluent流固耦合案例1

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1、CAE聯(lián)盟論壇精品講座系列基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例主講人：mafuyinCAE聯(lián)盟論壇總監(jiān)摘要：通過MpCCI流固耦合接口程序，對(duì)某薄壁管道流動(dòng)中的傳熱過程進(jìn)行了Abaqus和Fluent相結(jié)合的流固耦合仿真分析。信息介紹了從建模、設(shè)置到求解計(jì)算和后處理的全過程，對(duì)相關(guān)研究人員具有參考意義。1分析模型用三維建模軟件solidworks建立了一個(gè)管徑為1m的彎管，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1a所示，管的結(jié)構(gòu)如圖1b所示，流體的模型如圖1c所示。值得注意的是，由于拓?fù)涮卣鞯脑?，這樣的管壁模型無法通過對(duì)圓環(huán)掃略直接生成，而需先通過對(duì)大圓的掃略生成實(shí)心的模型(類似于

2、流體模型)，然后進(jìn)行抽殼得到管壁的模型。用同樣的方法對(duì)大圓半徑減去管壁厚度的圓進(jìn)行掃略得到流體模型。a.尺寸關(guān)系b.管壁結(jié)構(gòu)c.流體模型圖1.幾何模型示意圖壓力出口P=0Pa；Tout=300K外壁面速度入口v=6m/s;Tin=600K內(nèi)壁面(耦合面)圖2.流固耦合傳熱分析模型示意圖11由于管壁結(jié)構(gòu)和流體的熱學(xué)行為不同，傳熱系數(shù)等都不一樣，所以屬于典型的流固耦合傳熱問題，熱學(xué)模型如圖2所示。即管的一端為流體速度入口，一端為壓力出口，給定流體外壁面一個(gè)初始溫度600K，流體入口速度為6m/s，溫度為600K，出口相對(duì)大氣壓力為0Pa，出口溫度為300K。需要求解流體和管壁的溫

3、度場(chǎng)分布情況。2流體模型將圖1c的流體模型以Step格式導(dǎo)入Fluent軟件通常使用的前處理器Gambit中，如圖3a所示。設(shè)置求解器為，然后劃分體網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為100mm，類型為六面體單元，一共生成4895個(gè)體單元，網(wǎng)格如圖3b所示。a.導(dǎo)入Gambit軟件中的流體模型b.流場(chǎng)的網(wǎng)格模型圖3.流體模型及網(wǎng)格示意圖進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，需定義邊界條件，在Gambit軟件中先分別定義速度入口(VELOCITY_INLET)、壓力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三組邊界條件，具體參數(shù)設(shè)置在Fluent軟件中進(jìn)行。然后定義流體屬性，名稱定義為air，類型為Flu

4、id。這些定義的目的是能夠在Fluent軟件中識(shí)別出這些特征，具體類型和參數(shù)都可以在Fluent軟件中進(jìn)行設(shè)置和修改。定義完后點(diǎn)擊【Export】，選擇【Mesh】，選擇路徑和文件名稱并進(jìn)行輸出。打開Fluent6.3.26或以上的版本，選擇3D求解器，點(diǎn)擊【File】→【Read】→【Case】，然后選擇Gambit中輸出的msh文件，即可將網(wǎng)格文件讀入Fluent軟件中。讀入模型后，進(jìn)行求解參數(shù)和條件的設(shè)置。11(1)模型縮放：為了便于分析結(jié)果數(shù)據(jù)特征，統(tǒng)一采用國際單位制進(jìn)行仿真，點(diǎn)擊【Grid】→【Scale】，彈出模型縮放對(duì)話框，在單位轉(zhuǎn)換下將原有的m改為mm，模型自

5、動(dòng)縮小1000倍，然后點(diǎn)擊【Scale】，結(jié)果如圖4所示。需要說明的是因?yàn)榫W(wǎng)格的生成尺寸是按照mm生成的，所以這里需要將網(wǎng)格尺寸縮放為m。圖4.模型縮放示意圖(2)網(wǎng)格平滑處理：為了保證網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間的連接和過度關(guān)系良好，F(xiàn)luent提供了網(wǎng)格smooth功能，可以通過網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)調(diào)整來調(diào)整整體網(wǎng)格。點(diǎn)擊【Grid】→【Smooth/Swap】，然后接受默認(rèn)參數(shù)，先后點(diǎn)擊【Smooth】和【Swap】，直至出現(xiàn)“Numberfacesswapped:0”和“Numberfacesvisited:0”為止。(3)網(wǎng)格檢查：為了保證計(jì)算能順利進(jìn)行和保證計(jì)算結(jié)果的可靠性，需對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行

6、檢查，如果存在負(fù)體積網(wǎng)格則計(jì)算無法進(jìn)行。點(diǎn)擊【Grid】→【Check】，觀察“minimumvolume”是否為負(fù)，如果不是負(fù)值，則結(jié)束檢查，如果是負(fù)值，需進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格直至不出現(xiàn)負(fù)體積為止。(4)定義求解器：點(diǎn)擊【Define】→【Models】→【Solver】，彈出求解器對(duì)話框，接受默認(rèn)設(shè)置，即壓力相依、隱式、3D、穩(wěn)態(tài)、完全分析模型，如圖5所示。11圖5.求解器設(shè)置示意圖(5)啟動(dòng)能量分析模型：傳熱分析需啟動(dòng)能量分析模型。點(diǎn)擊【Define】→【Models】→【Energy】，勾選能量準(zhǔn)則。(6)設(shè)置分析模型，選擇“k-epsilon”模型。點(diǎn)擊【Define】

7、→【Models】→【Viscous】,然后按照?qǐng)D6進(jìn)行設(shè)置。圖6.求解模型設(shè)置11(7)定義材料屬性：定義為空氣即可。點(diǎn)擊【Define】→【Materials】，接受默認(rèn)設(shè)置，然后點(diǎn)擊。(8)定義邊界條件：按照在Gambit中設(shè)置的面，定義速度進(jìn)口邊界條件、壓力出口邊界條件和壁面邊界條件?！綝efine】→【BoundaryConditions】，分別按照?qǐng)D7所示進(jìn)行設(shè)置。速度入口壓力出口壁面圖7.邊界條件設(shè)置(9)求解參數(shù)控制：在求解時(shí)需設(shè)置求解控制參數(shù)，點(diǎn)擊【Solve】→【Controls】→