課程大綱

一、基礎(chǔ)理論與核心概念

流固耦合（FSI）基礎(chǔ)

單向與雙向耦合原理：單向（熱應(yīng)力傳遞）與雙向（機(jī)翼顫振、血管血流）的差異與應(yīng)用場景。
耦合算法：強(qiáng)耦合（迭代收斂）與弱耦合（交替求解）的適用條件及收斂控制。
關(guān)鍵方程：流體（Navier-Stokes方程）與固體（彈性力學(xué)方程）的耦合界面條件。

 

多相流模型分類與選擇

VOF模型：界面追蹤（泄洪壩模擬、液滴成型）。
Mixture模型：空化模擬（離心泵）、氣液混合（攪拌器）。
Eulerian模型：流化床、氣固反應(yīng)器。
DPM模型：顆粒軌跡追蹤（粉塵沖蝕、噴霧冷卻）。

 

二、前處理與網(wǎng)格技術(shù)

幾何處理與網(wǎng)格劃分

流固耦合網(wǎng)格要求：交界面的節(jié)點匹配（六面體網(wǎng)格優(yōu)先）。
多相流網(wǎng)格優(yōu)化：BOI局部加密（氣泡/顆粒聚集區(qū)）、周期性邊界設(shè)置。
網(wǎng)格質(zhì)量控制：正交性>0.1、無負(fù)體積（ICEM CFD或Fluent Meshing實現(xiàn)）。

 

特殊邊界定義

流固耦合：設(shè)置Coupled界面?zhèn)鬟f壓力/位移。
多相流：VOF的壁面接觸角、DPM的顆粒反彈系數(shù)。

 

三、求解器設(shè)置與多物理場耦合

流固耦合求解流程

穩(wěn)態(tài)共軛傳熱：激活能量方程，設(shè)置固體熱源與流體邊界。
瞬態(tài)雙向耦合：啟用動網(wǎng)格（Smoothing方法）、結(jié)構(gòu)模型（線性彈性）。
收斂控制：殘差<1e-6，時間步長自適應(yīng)（如0.01s）。

 

多相流求解策略

相間作用力：曳力系數(shù)（Schiller-Naumann模型）、升力模型。
空化/沸騰模型：Schnerr-Sauer空化、Lee相變模型。
群體平衡模型（PBM）：氣泡聚并破碎模擬。

 

四、行業(yè)案例庫與實操

流固耦合案例

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片：雙向耦合分析動態(tài)響應(yīng)與疲勞壽命。
管道閥門：流-固-熱三場耦合（閥瓣變形與熱應(yīng)力）。
心血管支架：血液流動與血管壁相互作用。

 

多相流案例

攪拌反應(yīng)器：歐拉模型模擬氣液混合效率。
泄洪壩：VOF模型追蹤氣液固三相流。
流化床：DDPM模型模擬顆粒流化與反應(yīng)。

 

五、培訓(xùn)形式與資源

授課方式：理論30% + 案例70%（提供閥門三場耦合、攪拌器模型文件）。
適用對象：CAE分析師、熱設(shè)計工程師、流體研發(fā)人員。