【Fluent案例】11：流固耦合[2]

上文获取到U型管最大Y方向振动振型所对应的频率为50.4Hz。本文接上文继续。

• Workbench界面中，双击B5单元格进入Transient Structural

• 右键选择模型树节点Transient，选择弹出菜单Insert → Fixed Support

• 选择管道进出口两侧最外圈的两个圆边，施加固定约束

• 右键选择模型树节点Transient，选择弹出菜单Insert →Displacement，属性窗口中，Geometry设置为图中所示选择面

• 选择Y Component设置框右侧的箭头按钮，选择Function，设置Y Component为0.000025*sin(50.4*360*time)

• 选择模型树节点Analysis Settings，属性窗口中设置Auto Time Stepping为Off，设置Step End Time为0.1s，设置Time Step为5e-4 s

• 右键点击模型树节点Transient，选择弹出菜单Insert →Fluid Solid Interface

• 属性窗口中设置Scoping Method为Named Selection，设置Named Selection为fsi_solid

• 右键选中模型树节点Solution，选择弹出菜单Insert → Deformation → Directional

• 属性窗口中，设置Scoping Method为Named Selection，设置Named Selection为Node1，设置Orientation为Y Axis

• 相同的步骤，插入Node2

关闭Transient Structural，返回Workbench。

先进行稳态Fluent设置，将稳态计算结果作为初始值。

• 双击C4单元格，以Double Precision方式启动Fluent

• 右键选中模型树节点Viscous，选择弹出菜单Model → SST k-omega启用SST k-w湍流模型

• 右键选择模型树节点Materials > Fluid，选择弹出菜单New…，在材料数据库中添加介质water-liquid，修改其密度Density为1000 kg/m3

• 右键选择模型树节点Cell Zone Conditions，选择弹出菜单Edit…，弹出计算域设置对话框

• 在弹出的对话框中设置Material Name为water-liquid

• 右键选择模型树节点Boundary > inlet，选择右键菜单Edit…，弹出边界条件设置对话框

• 在对话框中设置velocity Magnitude为20 m/s，设置Specification Method为Intensity and Hydraulic Diameter，设置Turbulent Intensity为1%，设置Hydraulic Diameter为0.02 m

• 设置outlet边界，如下图所示

• 双击模型树节点Solution > Method，右侧面板中设置Pressure-Velocity Coupling Scheme为Coupled，激活选项Pseudo Transient及High Order Term Relaxation

• 右键选择模型树节点Solution > Initialization，选择弹出菜单Initialize进行初始化

• 鼠标双击模型树节点Solution > Run Calculation，右侧面板中设置Number of Iterations为200，点击按钮Calculate进行计算

• 关闭Fluent返回Workbench

• Workbench中，复制Fluent组件，如下图所示

• 采用如下图所示的数据连接

• 添加System Coupling模块，并连接B5与D4单元格，如下图所示

• 双击D5单元格进入Fluent

• 双击模型树节点General，右侧面板中设置Time为Transient

• 双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板中激活选项Dynamic Mesh，点击下方按钮Settings…，在弹出的对话框中设置Method为Diffusion，设置Diffusion Parameter为1，点击OK按钮关闭对话框

• 点击Dynamic Mesh Zones下方的Create/Edit…按钮，在弹出的对话框中选择Zone Name为fsi_fluid，设置其Type为System Coupling，点击Create按钮创建动网格区域

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板中设置Number of Time Steps为1，设置Max Iterations/Time Step为5

注：这里其实可以随便设，反正Fluent计算所采用的时间步和时间步长受system coupling控制

• 关闭Fluent，返回至Workbench

• 右键点击B5单元格，选择菜单Update更新组件

• 双击E2单元格进入System Coupling设置窗口

• 选中Analysis Settings，下方窗口中设置End Time为0.1 s，设置Step Size为0.0005 s，如下图所示

• 按住键盘ctrl键同时选择Fluid Solid Interface及fsi_fluid，选择右键菜单项Create Data Transfer

• 关闭System Coupling设置界面，返回至Workbench界面

• 右键选择E3单元格，选择菜单项Update进行求解

求解时间较长，可能需要等待一两个小时。

计算完毕后，返回至Workbench界面。

• 双击B7单元格进入Transient Structural结果查看

• 右键选择模型树节点Solution，选择弹出菜单Evaluate All Results

可查看node1及node2的Y方向位移，分别如下两图所示。

可以将位移数据导出，绘制在同一张图形内，如下图所示。

从图中可以看到，U型管前后的两个监测点（分别为node1与node2）Y方向位移存在相位差。利用此相位差可以计算出通过U型管的质量流量。