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Ansys博客

March 1, 2022

什么是流固耦合?

流固耦合(FSI)是流体流动与固体结构的相互作用。想象一下让涡轮叶片旋转起来的一阵风、在波浪中行驶的船体或急速掠过F1赛车前扰流板的气流。只要流体和结构相遇,就会发生流固耦合 (FSI)。

Ansys Fluent与Ansys Mechanical结合使用,可以仿真流固耦合,比如这面在风中飞舞的Ansys旗帜。

FSI如何影响产品设计和性能?

了解FSI对于许多产品的设计至关重要。如果不考虑流体与固体之间的相互影响,则会导致产品性能被过高或过低估计。这样,最终的产品设计可能会导致意外和不利的结果,包括恼人的噪声和产品完全失效。

无论是设计桥梁、飞机还是燃气轮机,了解流固耦合如何影响您的项目至关重要,您需要一款能够准确预测和集成这两种行为的解决方案。

FSI的应用

飞机设计当飞机飞行时,机翼周围的气流会导致机翼发生变形(这反过来又会改变空气流动的方式,使机翼发生更严重的变形)。解决机翼设计中的FSI问题可显著提高飞机的空气动力学性能。

血流建模为了评估动脉瘤中血管堵塞的影响,FSI可说明血压和流速如何影响血管的收缩扩张能力和粗细变化。

声音预测当气流经过汽车时,引擎盖和后视镜等表面会产生振动并将声音辐射到车内。通过解决这些FSI问题,工程师可调整设计,以降低噪声并提高乘客舒适度。

多物理场仿真在FSI中的作用

在FSI影响到产品之前,您就可以通过多物理场仿真进行预测和预防。

例如,如果您想了解湍流和压力变化如何影响水轮机的完整性,您的分析离不开Ansys FluentAnsys Mechanical仿真提供的数据。但是单独使用这些仿真,会发生难观全局、“的情况。只会告诉您局部的情况。不过,当他们通过Ansys Workbench进行集成时,您将能够最准确地预测这两种物理场会如何相互影响。

Workbench不仅可在仿真求解器之间自动交换数据,为您提供无缝的工作空间,

而且还包含高级网格映射技术,可确保从计算流体动力学(CFD)到有限元分析(FEA)之间的精确数据转换,无需手动输入数据、编写代码或交换数据文件。更少的手动输入可显著减少错误,因为当您设置了CFD和FEA仿真后,只需拖放操作即可将所有内容都传输到同一空间中。

您需要执行单向还是双向FSI仿真?

建模方法因流体和固体之间的物理耦合程度以及所需的保真度而异。对于涉及刚体运动和共轭传热的应用,可以忽略变形情况,并且完全在CFD求解器中高效解决该问题。

当必须考虑应力和变形问题时,流体和结构仿真可进行耦合,以便在求解器之间传输数据,用于单向或双向耦合仿真。

相关内容:用于结构分析的FEA网格划分基础

如何执行单向FSI仿真

通过直接链接CFD和FEA仿真,可在Workbench中轻松执行单向仿真。具体操作方法是,只需简单的拖放任务,即可自动连接仿真的几何结构和求解单元。

如何执行双向FSI仿真

通过将CFD和FEA仿真与系统耦合链接,可执行双向仿真。本视频介绍了如何在Fluent中创建单向仿真,并通过Workbench的Mechanical转换为双向仿真的过程。Workbench可创建简单直接的协同仿真,使得双向数据交换成为可能。

使用FSI进行预测和预防

FSI仿真通过预测流体流动和固体结构之间的相互作用,帮助工程师避免可能影响性能并导致产品故障的危害。如欲了解有关FSI仿真的更多信息,敬请访问Ansys Workbench并查看以下相关资源:

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