基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例1.pdf

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基于MpCCI的Abaqus和Fluent流固耦合案例

主讲人：mafuyinCAE联盟论坛总监
摘要：通过MpCCI流固耦合接口程序，对某薄壁管道流动中的传热过程进行了
Abaqus和Fluent相结合的流固耦合仿真分析。信息介绍了从建模、设置到求解
计算和后处理的全过程，对相关研究人员具有参考意义。

1分析模型

用三维建模软件solidworks建立了一个管径为1m的弯管，结构尺寸如图
1a所示，管的结构如图1b所示，流体的模型如图1c所示。值得注意的是，由
于拓扑特征的原因，这样的管壁模型无法通过对圆环扫略直接生成，而需先通过
对大圆的扫略生成实心的模型(类似于流体模型)，然后进行抽壳得到管壁的模
型。用同样的方法对大圆半径减去管壁厚度的圆进行扫略得到流体模型。

a.尺寸关系b.管壁结构c.流体模型

图1.几何模型示意图

压力出口
内壁面(耦合面)
P=0Pa；T=300K
速度入口out
v=6m/s;T=600K
in

外壁面
图2.流固耦合传热分析模型示意图

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由于管壁结构和流体的热学行为不同，传热系数等都不一样，所以属于典型
的流固耦合传热问题，热学模型如图2所示。即管的一端为流体速度入口，一端

为压力出口，给定流体外壁面一个初始温度600K，流体入口速度为6m/s，温度
为600K，出口相对大气压力为0Pa，出口温度为300K。需要求解流体和管壁
的温度场分布情况。
2流体模型

将图1c的流体模型以Step格式导入Fluent软件通常使用的前处理器

Gambit中，如图3a所示。设置求解器为，然后划分体网格，网格

尺寸为100mm，类型为六面体单元，一共生成4895个体单元，网格如图3b所
示。

a.导入Gambit软件中的流体模型b.流场的网格模型

图3.流体模型及网格示意图
进行网格划分后，需定义边界条件，在Gambit软件中先分别定义速度入口
(VELOCITY_INLET)、压力出口(PRESSURE_OUTLET)和壁面(Wall)三组边界
条件，具体参数设置在Fluent软件中进行。然后定义流体属性，名称定义为air，
类型为Fluid。这些定义的目的是能够在Fluent软件中识别出这些特征，具体类
型和参数都可以在Fluent软件中进行设置和修改。定义完后点击【Export】，选
择【Mesh】，选择路径和文件名称并进行输出。
打开Fluent6.3.26或以上的版本，选择3D求解器，点击【File】→【Read】
→【Case】，然后选择Gambit中输出的msh文件，即可将网格文件读入Fluent
软件中。读入模型后，进行求解参数和条件的设置。

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(1)模型缩放：为了便于分析结果数据特征，统一采用国际单位制进行仿真，

点击【Grid】→【Scale】，弹出模型缩放对话框，在单位转换下将原有的m改
为mm，模型自动缩小1000倍，然后点击【Scale】，结果如图4所示。需要说
明的是因为网格的生成尺寸是按照mm生成的，所以这里需要将网格尺寸缩放
为m。

图4.模型缩放示意图
(2)网格平滑处理：为了保证网格节点之间的连接和过度关系良好，Fluent
提供了网格smooth功能，可以通过网格节点调整来调整整体网格。点击【Grid】
→【Smooth/Swap】，然后接受默认参数，先后点击【Smooth】和【Swap】，
直至出现“Numberfacesswapped:0”和“Numberfacesvisited:0”为止。
(3)网格检查：为了保证计算能顺利进行和保证计算结果的可靠性，需对网

格质量进行检查，如果存在负体积网格则计算无法进行。点击【Grid】→【Check】，
观察“minimumvolume”是否为负，如果不是负值，则结束检查，如果是负值，
需进行重新划分网格直至不出现负体积为止。

(4)定义求解器：点击【Define】→【Models】→【Solver】，弹出求解器对
话框，接受默认设置，即压力相依、隐式、3D、稳态、完全分析模型，如图5
所示。

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图5.求解器设置示意图
(5)启动能量分析模型：传热分析需启动能量分析模型。点击【Define】→
【Models】→【Energy】，勾选能量准则。
(6)设置分析模型，选择“k-epsilon”模型。点击【Define】→【Models】
→【Viscous】,然后按照图6进行设置。

图6.求解模型设置

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(7)定义材料属性：定义为空气即可。点击【Define】→【Materials】，接受

默认设置，然后点击。

(8)定义边界条件：按照在Gambit中设置的面，定义速度进口边界条件、压
力出口边界条件和壁