基于Star CCM+的流固耦合分析实例

寂静回声

固体计算多采用有限元，流体多采用有限体积法。在不同的软件和不同的方法之间通过网格数据的插值实现压力、温度、位移等场变量的交换，ANSYS和CFX之间可实现这一功能。比较强大的还是MpCCI，可以建立大多数固体软件和流体软件之间的借口，不仅能实现一般流固耦合问题的数据交换，在航空航天领域的气动弹性方面也很强大，不过目前完全数值计算的方法在气弹问题应用中并不十分广泛，但MpCCI好像很难搞到盗版的，让很多人很受伤。统一求解的耦合法：该耦合法是指在同一计算环境下实现多物理场下多个变量的同时计算。当然耦合也有顺序耦合与完全耦合之分。要实现这一耦合就目前来说必须要保证算法的统一。ADINA号称专为多物理场耦合而生，它采用完全的有限元法来处理所有问题。用有限元法来处理流体计算显然效率低下，且是其战绩并不辉煌。

Star CCM+的耦合功能主要可分为两类：
第一即是通过数值的交换与其它软件建立联系，实现多物理场的耦合，包括应力分析、热应力分析、以及噪声分析等的耦合。因为其自带的接口很容易实现不同软件之间数据的传递与插值，因此省去了类似MpCCI这样的中间接口。当用Star CCM+计算的结果如表面压力场或温度场之类的数据传送给Abaqus时较为便利，只需要输出一个载荷文件，然后在Abaqus中的inp文件中添加载荷的语句就可以方便的使用
第二就是在CCM+环境下基于完全的有限体积法实现的耦合分析，可以是稳态的耦合，也可以是瞬态的。由于是完全的有限体积法，因此固体结构只能使用体单元，即便是工程上常见的薄壁结构也只能如此，为保证网格质量和计算结果的精度，这会带来较多的网格单元。因为有限体积法不具备有限元法那样的插值函数，就不存在梁、壳这样的单元，这也是有限元基于消元求解的计算效率相对低下而仍然无可替代的主要原因吧。
该实例所要演示的是一个简单的轴流风扇的流固耦合，在CCM+集成的环境下的有限体积法求解流固耦合问题，即将流体计算的分布压强施加在固体上，这里不考虑温度场，也不刻意去追求求解的精度，使问题得到简化，达到抛砖引玉之效。