基于mpcci的fluent和abaqus单向热耦合 step by step

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接触mpcci一段时间了，最进终于开始有点起色，贴出一个例子，step by step与大家共享。

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接下来在define-grid interface中定义热耦合面，如图2.2.8所示

图2.2.8  接触面定义

这一步非常重要。是用来告诉fluent哪两个面是相互接触的。

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呃，在这里做一个小结。
1、要想做流固耦合，首先流体和固体分别能在各自的软件上跑通，然后才能在mpcci通过。我当时走了很多弯路，比如abaqus没有定义跟fluent耦合的面，或者fluent的求解器是稳态的，跟abaqus不一致等等，这些东西在各自的软件上就很烦了，最后叠加在一起，不气坏了才怪。
2、所以，做这个东西唯一需要的就是耐心+细心，这点我很佩服mafuyin童鞋，给出他之前做的一个流固耦合例子的传送门
http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=995507&extra=page%3D2%26filter%3Dtypeid%26typeid%3D122%26typeid%3D122
好了，就这些，大家如果手头刚刚有我用的这三个软件，又刚好需要做这样子的耦合，就跟着这个帖子一步一步做吧，我可能有些细节没有讲清楚，或者模型令你模糊，提出来，在这个帖子内讨论。我会改，同时跟大家学习。
谢谢北雁南飞和青青的建议，我这段时间刚好想继续深入的做一些流固耦合方面的东西，就是理论基础太差太差。。。。。。。我努力啊我努力啊。。。。

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mpcci4.1

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Step5.初始化计算

初始化以后，迭代步设置为10，迭代即可。如果计算机性能好，你又不确定，可以多迭代几步，看看效果。如图2.2.9所示。

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首先是关于几何模型的描述。有一段空心圆管，水流从中间流过，我们只想知道这段圆管中间那段长度所受到的热应力。所以初始想法是，用fluent算流体通过整条管道以后，管道的内表面的温度分布是如何的；abaqus建立中间那段管道的模型，然后通过mpcci把fluent中得到的管道内表面温度值，传送到abaqus中，abaqus计算热应力。是一个看起来很简单的单项热耦合计算。

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首先在Fluent中计算水流流过管道时的温度分布，在fluent中计算流固热传导，圆管长度和水流长度一致，其中Fluent中的水流参数如表1所示，固体参数如表2所示。

表1 fluent水流参数

入口速度 入口温度 出口温度	3m/s 500k 100k
出口状态	压力出口
湍流强度	3
水力直径	0.02m

表2 fluent固体参数

热膨胀系数	1.62E-05
密度	7800
热传导系数	451
比热容	25.96
长度	0.2032m
内径	0.0127m
外径	0.0508m

然后将fluent中计算得到的固体内表面的温度，通过mpcci传递到abaqus中，Abaqus计算一半的固体所受的热应力，实现单向热耦合。Abaqus固体参数如表3所示。

表3 abaqus材料参数

热膨胀系数	1.62E-05
密度	7800
弹性模量	1.93E+11
泊松比	0.3
热传导系数	451
比热容	25.96
长度	0.1m
内径	0.0127m
空气对流系数	62.3
水流对流系数	249.23
外径	0.0508m

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2.1.1        模型建立

首先建立几何模型，选择volume，建立水流模型命名为water，如图2.1.1.1所示。注意gambit里面使用mm为单位。

图2.1.1.1 水流几何模型

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继续建立固体模型，命名为steel，如图2.1.1.2所示

图2.1.1.2 固体几何模型

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点击subtract，切割水流和固体，保留water部分，如图2.1.1.3所示。

图2.1.1.3 几何模型切割

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2.1.1        网格划分

首先划分水流的网格。点击面网格划分，选择水流入口处的面，如图2.1.2.1所示

图2.1.2.1 面网格划分

接下来划分water的体网格和steel的体网格，这里不再详述。

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2.1.1        边界定义

Gambit中的边界定义如图2.1.3.1所示

图2.1.3.1 边界条件

并且在材料性质中分别定义water为fluid，steel为solid。

保存，输出为msh格式，导入到fluent中。

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下面是fluent部分。
Step1.打开上一步保存的网格，检查网格并且scale网格，如图2.2.1所示。

图2.2.1 fluent scale

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Step2.定义求解器为非稳态，如图2.2.2所示

图2.2.2 非稳态求解

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Step3.接下来定义材料，water和steel。Water属性是fluent database中自带的，steel属性也有，但是需要修改一些参数，以便与abaqus中的属性相符合。如上面给出的表2所示。大家注意一下，我后面的图片中，“plaster”就是“steel”啊，名字起错了，凑合着看看哦不好意思。

Step4.定义边界条件。水流入口的边界条件如图2.2.3和图2.2.4所示，入口温度为500k。

图2.2.3 水流入口出边界条件

图2.2.4

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水流出口为压力出口，温度为100k。如图2.2.5所示。


图2.2.5 水流出口边界条件

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固体的外表面、底面和顶面都定义为wall，温度为300k，如图2.2.6所示

图2.2.6 fluent的固体边界条件

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将固体内表面和水流外表面定义为耦合面，如图2.2.7所示。

图2.2.7 耦合面定义

我这里只贴出了固体内表面的边界定义啊，大家跟着做的时候记得把流体的外表面也要定义为接触面才可以。

每定义一个接触面，fluent会自动生成两个墙面（图2.2.7中的wall_13和wall_14），忽略这两个墙面就可以。

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Fluent热传导计算结束后，固体的温度分布结果如图2.2.10所示。保存文件为fluid.cas，待用。

图2.2.10 fluent 计算的固体温度分布图

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下部分是abaqus中的固体建模。

Step1. 首先建立固体几何模型，如图3.1所示，并设置和赋予材料特性，参数如上面给出的表3所示。

图3.1 abaqus 几何模型

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Step2. 建立coupled temp-displayment步，如图3.2所示

图3.2

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Step3.组装

导入part，组装成功后，分别建立两个表面：inner_face（固体与流体接触的内表面），out_face（固体与空气接触的外表面），留作耦合用。注意，我们之前说过，要计算的是中间那段的管道的热应力分布，所以这里组装时要把部件沿着轴向移动0.05m，让这段管道处于中间部位。

Step3. 接触面设置。这一步非常关键，要设置空气和固体，固体和水流之间的对流系数（见表3），首先要建立两个interaction属性，如图3.3所示。

图3.3 对流特性设定