双向流固耦合两种计算方法的比较

摘要

流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。如液体晃动对火箭飞行稳定性的影响，大型贮液管在地震激励作用下产生的流固耦合作用，液体湍振对输液管道的影响。随着科学技术的不断发展，处理流固耦合的方法逐渐成熟和完善，因此越来越多的研究人员投入到流固耦合的研究中。
　　 由于前人在用ANSYS+FLUENT方法，考虑有限变形情况下，在计算某些模型的过程中，网格出现了严重的破坏和扭曲，从而导致计算不能收敛，本文是在此基础上提出了可以解决的方法。即通过编写UDF程序采用动网格，实现稳态情况下ANSYS+FLUENT求解。同时，进一步采用ANSYS+CFX耦合方法实现稳态求解，并用两种方法对同一模型在不同参数条件下的结果进行比较。
　　 采用两种方法计算发现，在雷诺数很低的情况下，两种方法与理论公式相差很小；在雷诺数增大时，网格数增加和收敛精度提高时，计算结果会有进一步提高，不论是小变形还是有限变形计算，模型的网格尺寸、网格质量及求解收敛精度对计算结果都有明显影响。
　　 最后，计算了方形孔支架的部分算例，发现流固耦合与非流固耦合两种情况下的各种计算结果相差很大，并且孔隙率和孔半径对计算结果也会有很大影响。

目录

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第一章绪论

1.1流固耦合理论与方法

1.1.1流固耦合力学简介

1.1.2流固耦合力学研究方法

1.2流固耦合的应用及研究进展

1.2.1输流管道流固耦合

1.2.2含液容器的流固耦合问题

1.2.3地下储层流固耦合问题

1.3本文的主要研究工作

第二章双向流固耦合的理论和方法

2.1双向流固耦合理论基础

2.1.1双向流固耦合固体理论基础

2.1.2双向流固耦合流体理论基础

2.2数值模拟方法及分类

2.3 FLUENT基本理论

2.3.1 FLUENT简介

2.3.2 FLUENT求解的基本思想

2.3.3 FLUENT求解的基本方法

2.4 CFX基本理论

2.4.1 CFX简介

2.4.2 CFX求解的基本思想

2.4.3 CFX的求解方法

第三章两种双向耦合方法比较

3.1 ANSYS+FLUENT与ANSYS+CFX两种耦合方法简介

3.1.1 ANSYS+FLUENT耦合方法简介

3.1.2 ANSYS+CFX耦合方法求解过程

3.1.3两种双向耦合方法比较

3.2两种耦合方法的结果比较

3.2.1弹性直圆管内的定长流动理论基础

3.2.2.ANSYS+FLUENT、ANSYS+CFX的结果对比

第四章方形孔结构支架算例

4.1计算模型、边界条件及参数的选取

4.2含方形孔非线性流固耦合模型计算结果

4.2.1含方形孔非线性流固耦合固体模型计算结果

4.2.2含方形孔非线性流固耦合流体模型计算结果

第五章结论

参考文献

致谢