ANSYS Workbench多场耦合计算：流-热-固综合应用

目前，ANSYS Workbench已经更新到了2023R1版本，多场耦合的计算能力进一步提升，可以实现结构场，流场，温度场，电场和磁场的耦合，具备解决复杂多场耦合的计算问题能力。多场耦合计算，按照耦合的程度，分为单向耦合和双向耦合。
 

单向耦合：即A场对B场有影响，而B场对A场没有影响，常见的问题就是热应力计算，一般的热应力计算中，只考虑温度对结构的影响，而忽律结构变形对温度场的影响；

双向耦合：即A场对B场有影响，而B场对A场也有影响，例如气动颤振问题，流场对结构的变形有影响，反过来结构变形也会影响流场。

直接耦合法：就是计算单元具备多场的自由度，可以在一个单元矩阵中完成耦合求解，常见于基于有限元方法的耦合技术，例如热-固耦合计算；
迭代耦合法：就是不同场的量，分别在不同的软件环境中完成求解，然后进行数据交换，接着再进行独立计算，重复以上过程，当场之间的数据交换稳定时，终止数据交换，完成一次耦合计算，常见的就是流-固耦合计算问题。
 

1.流-热耦合计算

流热耦合计算，主要解决流动与结构的换热计算，例如换热器的温度场计算，通过该方法可以获得较为准确的结构表面的对流换热边界条件。用户可以使用Fluent模块完成流热耦合计算，也可以使用Fluent+结构热模块+系统耦合器完成计算，基于ANSYS Workbench平台可以完成单向和双向流热耦合技术。

图干燥器热源表面的对流换热系数

2.流-固耦合计算

流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的力学分支。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid-solid interaction)。变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。

图阀片开始过程的双向流固耦合计算

图机翼颤振的双向流固耦合计算

3.热-固耦合计算

热固耦合计算，主要解决结构在热载荷作用下的热应力。常见的热应力都为单向耦合，即温度场对结构场有影响，而结构的变形对温度场影响可以忽略不计。双向热-固耦合的典型问题就是摩擦生热，如图6给出了双向热-固耦合稳态和瞬态分析系统。

图滑动摩擦生热温度云图

图转动摩擦生热温度云图

4.流-热-固耦合计算

流-热-固耦合计算，主要解决涉及到流动，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；完全的双向流-热-固耦合，目前ANSYS Workbench都支持。
 

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