ANSYS Workbench+CFX：单向流固耦合分析教程

"本文档主要介绍了使用ANSYS Workbench与ANSYS CFX进行单向流固耦合（1-way Fluid-Structure Interaction, FSI）的简要教程和实例应用。" 在流固耦合分析中，1-way FSI是指流体与结构之间的单向影响，即流体对结构的作用力会影响结构的运动，而结构的变形则不会反过来影响流场。在ANSYS Workbench环境下，这种耦合可以通过将CFX的流体动力学结果传递给ANSYS Mechanical进行结构分析来实现。 首先，1-way FSI的核心在于数据交换。在Workbench中，可以将CFX计算得出的热力学和结构表面载荷传递给ANSYS Mechanical。这包括： 1. 温度：CFX求解的温度场可以作为热载荷应用到结构模型上，用于热分析或热应力分析。 2. 壁面热传递系数：这影响结构表面的热交换，对于计算由于热膨胀或收缩引起的结构变形至关重要。 3. 压力：包括法向压力（即正压力）和切向压力（即剪切力），这些是流体对结构表面直接作用的力，会转化为结构的受力状态。 CFD-Post工具在此过程中起到了关键作用，它在后台自动执行数据插值，确保从流体域到结构域的准确数据传输。值得注意的是，来自动量方程解的强制数据直接用于计算这些载荷。 此外，一个实验性的功能允许将CFX的体积热载荷传递给ANSYS Mechanical，进一步扩展了耦合分析的可能性。例如，在涉及热膨胀或相变的场景中，这个功能尤其有用。 整个流程在一个集成的Workbench项目中完成，从几何建模、CFD流体解决方案、热载荷和压力载荷的施加，直到最终的热应力解决方案。以下是一个示例项目的流程概述： 1. 几何模型：定义流体和结构的边界条件。 2. CFD CHT（Computational Fluid Dynamics - Conjugate Heat Transfer）解决方案：解决流体和热交换问题，生成流场和温度场数据。 3. 热载荷和压力载荷：将CFX计算的热和压力载荷应用到结构模型上。 4. 热应力解决方案：在ANSYS Mechanical中分析结构在受热和压力载荷下的应变和应力。 通过这样的1-way FSI分析，工程师能够更全面地理解和预测流体流动对结构性能的影响，这对于设计如涡轮机叶片、航空航天结构或生物医学设备等领域的工程问题尤为关键。