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[流固耦合] 基于mpcci的fluent和abaqus单向热耦合 step by step

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发表于 2011-10-24 22:49:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东珠海
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。
 楼主| 发表于 2011-10-25 10:52:44 | 显示全部楼层 来自 上海
Simdroid开发平台
接下来在define-grid interface中定义热耦合面,如图2.2.8所示
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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 楼主| 发表于 2011-10-25 22:05:12 | 显示全部楼层 来自 浙江嘉兴
本帖最后由 rosepianist 于 2011-11-7 17:06 编辑

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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 楼主| 发表于 2011-10-25 21:44:59 | 显示全部楼层 来自 浙江嘉兴
本帖最后由 rosepianist 于 2011-10-28 23:17 编辑

mpcci4.1


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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:53:50 | 显示全部楼层 来自 上海
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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 楼主| 发表于 2011-10-24 22:56:20 | 显示全部楼层 来自 广东珠海
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。

点评

还不赶紧,不然被我抢了~  发表于 2011-10-25 09:31
模型和教程呢?贴上来马上送技术分。  发表于 2011-10-25 08:46
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 楼主| 发表于 2011-10-25 09:01:46 | 显示全部楼层 来自 上海
本帖最后由 rosepianist 于 2011-10-25 10:43 编辑

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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 楼主| 发表于 2011-10-25 09:16:39 | 显示全部楼层 来自 上海
本帖最后由 rosepianist 于 2011-10-25 09:18 编辑

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。
2.1.1.1 水流几何模型

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 楼主| 发表于 2011-10-25 09:39:43 | 显示全部楼层 来自 上海
继续建立固体模型,命名为steel,如图2.1.1.2所示
2.1.1.2 固体几何模型

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 楼主| 发表于 2011-10-25 09:40:38 | 显示全部楼层 来自 上海
点击subtract,切割水流和固体,保留water部分,如图2.1.1.3所示。

2.1.1.3 几何模型切割


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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:33:57 | 显示全部楼层 来自 上海
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
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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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:35:20 | 显示全部楼层 来自 上海
2.1.1        边界定义
Gambit中的边界定义如图2.1.3.1所示
2.1.3.1 边界条件
并且在材料性质中分别定义waterfluidsteelsolid
保存,输出为msh格式,导入到fluent中。

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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:36:41 | 显示全部楼层 来自 上海
本帖最后由 rosepianist 于 2011-10-25 13:36 编辑

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。

2.2.1 fluent scale

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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:38:00 | 显示全部楼层 来自 上海
Step2.定义求解器为非稳态,如图2.2.2所示
2.2.2 非稳态求解

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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:42:11 | 显示全部楼层 来自 上海
Step3.接下来定义材料,watersteelWater属性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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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:46:01 | 显示全部楼层 来自 上海
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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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:47:34 | 显示全部楼层 来自 上海
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
2.2.6 fluent的固体边界条件

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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:50:22 | 显示全部楼层 来自 上海
固体内表面水流外表面定义为耦合面,如图2.2.7所示。
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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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:56:58 | 显示全部楼层 来自 上海
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。
2.2.10 fluent 计算的固体温度分布图

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 楼主| 发表于 2011-10-25 10:58:28 | 显示全部楼层 来自 上海
本帖最后由 rosepianist 于 2011-10-25 13:36 编辑

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。

3.1 abaqus 几何模型

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 楼主| 发表于 2011-10-25 11:02:18 | 显示全部楼层 来自 上海
Step2. 建立coupled temp-displayment步,如图3.2所示
3.2

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 楼主| 发表于 2011-10-25 11:05:21 | 显示全部楼层 来自 上海
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。
3.3 对流特性设定

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