基于mpcci的abaqus和fluent流固耦合案例1讲述

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1、CAE联盟论坛精品讲座系列基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例主讲人：mafuyinCAE联盟论坛总监摘要：通过MpCCI流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了Abaqus和Fluent相结合的流固耦合仿真分析。信息介绍了从建模、设置到求解计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。1分析模型用三维建模软件solidworks建立了一个管径为1m的弯管，结构尺寸如图1a所示，管的结构如图1b所示，流体的模型如图1c所示。值得注意的是，由于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接

2、生成，而需先通过对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模型。用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。a.尺寸关系b.管壁结构c.流体模型图1.几何模型示意图压力出口P=0Pa；Tout=300K外壁面速度入口v=6m/s;Tin=600K内壁面(耦合面)图2.流固耦合传热分析模型示意图11由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。即管的一端为流体速度入口，一端为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口

3、速度为6m/s，温度为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。需要求解流体和管壁的温度场分布情况。2流体模型将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器Gambit中，如图3a所示。设置求解器为，然后划分体网格，网格尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所示。a.导入Gambit软件中的流体模型b.流场的网格模型图3.流体模型及网格示意图进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口(VELOCITY_INLET)、压力出口(

4、PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。然后定义流体属性，名称定义为air，类型为Fluid。这些定义的目的是能够在Fluent软件中识别出这些特征，具体类型和参数都可以在Fluent软件中进行设置和修改。定义完后点击【Export】，选择【Mesh】，选择路径和文件名称并进行输出。打开Fluent6.3.26或以上的版本，选择3D求解器，点击【File】→【Read】→【Case】，然后选择Gambit中输出的msh文件，即可将网格文件读入Fluent软件中。读入

5、模型后，进行求解参数和条件的设置。11(1)模型缩放：为了便于分析结果数据特征，统一采用国际单位制进行仿真，点击【Grid】→【Scale】，弹出模型缩放对话框，在单位转换下将原有的m改为mm，模型自动缩小1000倍，然后点击【Scale】，结果如图4所示。需要说明的是因为网格的生成尺寸是按照mm生成的，所以这里需要将网格尺寸缩放为m。图4.模型缩放示意图(2)网格平滑处理：为了保证网格节点之间的连接和过度关系良好，Fluent提供了网格smooth功能，可以通过网格节点调整来调整整体网格。点击【Grid】→【Smooth/S

6、wap】，然后接受默认参数，先后点击【Smooth】和【Swap】，直至出现“Numberfacesswapped:0”和“Numberfacesvisited:0”为止。(3)网格检查：为了保证计算能顺利进行和保证计算结果的可靠性，需对网格质量进行检查，如果存在负体积网格则计算无法进行。点击【Grid】→【Check】，观察“minimumvolume”是否为负，如果不是负值，则结束检查，如果是负值，需进行重新划分网格直至不出现负体积为止。(4)定义求解器：点击【Define】→【Models】→【Solver】，弹出求解器

7、对话框，接受默认设置，即压力相依、隐式、3D、稳态、完全分析模型，如图5所示。11图5.求解器设置示意图(5)启动能量分析模型：传热分析需启动能量分析模型。点击【Define】→【Models】→【Energy】，勾选能量准则。(6)设置分析模型，选择“k-epsilon”模型。点击【Define】→【Models】→【Viscous】,然后按照图6进行设置。图6.求解模型设置11(7)定义材料属性：定义为空气即可。点击【Define】→【Materials】，接受默认设置，然后点击。(8)定义边界条件：按照在Gambit中设

8、置的面，定义速度进口边界条件、压力出口边界条件和壁面边界条件。【Define】→【BoundaryConditions】，分别按照图7所示进行设置。速度入口压力出口壁面图7.边界条件设置(9)求解参数控制：在求解时需设置求解控制参数，点击【Solve】→【Controls】→