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基于AnsysCFX的风扇叶片双向流固
耦合分析
姓名:姚翔职务:AE公司:AnsysChina
目录
1?基于AnsysCFX双向流固耦合概述
2?Mechanical双向流固耦合设置及求解
3?CFX双向流固耦合设置及求解
4?结果分析
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
2
基于AnsysCFX双向流固耦
合概述
3
基于AnsysWorkbench平台的流固耦合分析方法
?AnsysWorkbench平台为用户提供多种流固耦合分析方法
?单向流固耦合仿真
‐流体模块CFX或结构模块Mechanical计算完成后,生成可单独输出的温度载荷
/压力载荷/边界条件文件
‐该文件可直接加载到CFX或Mechanical中作为边界条件或初始载荷进行计算,
生成的结果不返回迭代
?双向流固耦合仿真
‐流体模块CFX和结构模块Mechanical均同时进行瞬态仿真计算
‐在每个时间步内,CFX计算的气动载荷传输到Mechanical、同时结构仿真的变
形结果传输给CFX,互相迭代计算直至收敛
‐待一个时间步流固耦合计算结果收敛后,继续计算直至整个计算完成
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
4
基于AnsysWorkbench平台的流固耦合分析方法
?双向流固耦合计算中每个时间步中流固耦合交界面的数据传输必须收敛
‐如同瞬态计算要求,FSI要求交界面上的交换数据完成收敛
‐气动力、温度等由CFD结果传输给结构仿真,几何形变由结构仿真传输给CFD仿真
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
5
基于AnsysWorkbench平台的流固耦合分析方法
?基于AnsysWorkbench的双向FSI标准流程
‐流体仿真和固体仿真之间的数据交换由SystemCoupling模块完成
‐将CFXSetup和MechanicalSetup分别拖曳到SystemCoupling模块的Setup中
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
6
Mechanical双向流固耦合
设置及求解
7
案例说明
?应用场景:高性能塑胶叶片近些年多用于车
辆的冷却风扇,并逐步取代传统的金属叶片
?客户问题:
?塑胶叶片在气体压力和高速旋转离心力的交变应力
作用下极易发生周期型的变形
?当变形过大有可能导致叶顶于外壳发生剐蹭,导致
叶片失效
?解决方法:采用基于AnsysCFX的双向流固耦
合分析方法对叶片进行仿真,判断叶片会否
发生剐蹭
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
8
初始几何
OutletZone(包含静叶)RotorZoneInletZone
1.初始动叶+静叶
3.流体计算域分为InletZone/RotorZone/OutletZone
2.抽取轮毂、机匣间的流体计算域
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
9
叶片材料属性设置
?在project中双击打开
EngineeringData点击
New创建新材料,命
名为Plastic.
?在材料属性列表中
依次添加材料密度、
杨氏模量、泊松比(
如右侧框图所示)
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
10
Mechanical中固体叶片网格划分
?Mechanical中首先单独划分固体叶片网
格
?对所有叶片采用Sweep扫掠方式创建网格(设
置如左下框图所示)
?设置Bodysizing用以控制网格尺寸大小(设置
如右下框图所示)
Fixedsupportontheblade-
hubinterfacesurface
指定叶片表面与叶
顶部分为FSI流固耦
合交界面
设置叶片旋转速度(119.38rad/s)
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
11
Mechanical计算求解设置
?在Mechanical的计算求解中依次设置时间步长、
转速、FSI交界面、固定面等
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
12
CFX双向流固耦合设置及
求解
13
CFX中流体域各个面命名
?流体计算域分为进口段、旋转叶片段和出口段(包含静叶),分别对进口、出口、
各分段轮毂/机匣、静叶、动叶和各段之间交界面进行命名
ANSYSINNOVATIONCONFERENCE2020
14
CFX中流体域网格设置及加密
?对CFX流体计算域网格划分进行设置,设置全局尺寸,对转/静叶片进行局部网
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