流-热-固多场耦合计算在ANSYS Workbench中的实现

ANSYS更新到2020R2后，多场耦合功能更完善，操作也更方便。耦合方式分两种：

单向耦合，A场影响B场，B场不反过来影响A。最典型的就是热应力分析，只考虑温度对结构的影响，忽略结构变形对温度场的反馈。

双向耦合，两边互相影响。比如气动颤振，流场让结构变形，结构变形又反过来改变流场。

耦合计算方法也分两类：

• 直接耦合法：用一个单元同时具备多场自由度，在同一单元矩阵里完成求解。常用SOLID226单元，支持热-结构、热-电-结构直接耦合。
• 迭代耦合法：不同场在不同模块里分别求解，反复交换数据直到收敛。流-固耦合最常用这种方式。

流-热耦合专门研究流体与结构之间的换热问题，用Fluent或Fluent加结构热模块加系统耦合器都能做，Workbench平台上单向、双向都支持。

   图 干燥器的截面温度云图
 

• 2. 流-固耦合计算

流-固耦合主要研究流体流动导致结构变形，而结构变形可能会影响流体流动。基于ANSYS Workbench可以实现单向和双向流固耦合，而且可以处理结构发生大变形的双向流固耦合计算，流固耦合计算的典型应用包括，机翼颤振，管道振动，导线覆冰振动，含流体容器晃动，结构跌落入水冲击，柔性结构扰流振动等。

   图 机翼颤振过程的截面速度与机翼应力云图
 

• 3. 热-固耦合计算

热固耦合计算，主要研究结构与温度场的相互作用。常见的热固耦合计算，就是结构的热应力，为单向耦合，此外用户也可以考虑双向的摩擦生热计算。摩擦生热双向热固耦合，采用耦合场单元进行解算，该单元同时具备了结构和热自由度，在一个单元矩阵里完成耦合计算，计算稳定，而且解决了温降的问题。

   图 简化制动器摩擦生热计算
 

• 4. 流-热-固耦合计算

      流-热-固耦合计算，主要研究涉及到流动，换热与结构变形同时考虑的情况，按照各场耦合的情况，可以分为流-热双向耦合+结构单向耦合和完全流-热-固耦合，目前，基于ANSYS Workbench可以实现完全的流-热-固双向耦合计算，但是该计算需要插入APDL命令。

   图 芯片与基板的温度云图
 

   图 芯片与基板的等效应力云图

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks 等。