工程中常會碰到耦合計算的問題，流-熱、流-固、熱-固、流-熱-固耦合都是比較常見的耦合方式。雖然說最近版本的Fluent中已經具備了流固熱三場耦合功能，不過其結構應力計算功能比較弱，只能計算線彈性問題以及簡單的幾何非線性功能，基本還停留在入門階段，因此若對結構應力比較感興趣的話，一般還是借助Mechanical及System一起來完成。

1、流熱耦合

流熱耦合也稱之為共軛傳熱，可以在Fluent中單獨完成，也可以利用Fluent+Thermal模塊一起完成。由于固體熱傳導現(xiàn)象物理模型較為明確，采用Fluent進行固體熱傳導計算精度也不會太差，因此對于共軛傳熱問題通?？梢栽贔luent中直接計算。

利用Fluent進行共軛傳熱計算，劃分網格時建議流體域域固體域采用共節(jié)點的劃分方式（可以在SCDM中設置共享拓撲，也可以在DM中將各幾何零部件通過Form New Part操作進行共享），流固交界面采用共享節(jié)點可以提高計算精度。另外，在Fluent中需要設置流固交界面上的傳熱方式為Coupled。

流熱耦合常用于計算流固耦合面上對流換熱參數。

2、流固耦合

流固耦合是最常見的耦合計算類型，常用于計算流場作用下的固體應力應變?？梢越柚鶰echanical模塊及System Coupling模塊實現(xiàn)單雙向耦合計算，在最近的版本中，F(xiàn)luent中也可以獨立完成單雙向流固耦合計算。

單向流固耦合較為簡單，通常情況下先在Fluent中進行流場計算，然后將流場計算得到的壓力數據傳遞到結構相應的幾何表面上作為載荷，以此來計算流體作用下的應力應變。這里需要注意，從Fluent傳出的壓力均為流體流動產生的動壓作用在壁面上轉化而來的靜壓力，若幾何結構收到額外的壓力作用，還需要在Mechanical模塊中單獨添加額外的壓力載荷。單向耦合可以是穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)。穩(wěn)態(tài)計算無需利用額外的System Coupling模塊，而瞬態(tài)計算則需要借助于System Coupling模塊進行時序數據的轉發(fā)。

雙向流固耦合計算中，F(xiàn)luent軟件需要考慮結構求解器傳回的位移數據，因此需要開啟動網格功能，并在動網格中設置流固交界面為System Coupling類型，這樣設置后Fluent才能接收位移數據。雙向流固耦合只能是瞬態(tài)計算。

Fluent中也可以直接進行流固耦合計算，不過計算固體應力的Structural模塊不支持多面體網格，也不支持在Workbench中啟動（只能單獨啟動Fluent使用）。Fluent中的Structural模型只能簡單的考慮幾何非線性，不支持材料非線性（非線性材料）與狀態(tài)非線性（如接觸問題等），而且Fluent中網格只有一階，除非確信為線彈性小變形且網格非常細密，否則還是得需要借助Mechanical模塊進行應力計算。

3、熱固耦合

熱固耦合也常稱為“熱應力計算”，用于計算溫度導致的結構應力，通?？梢允褂肨hermal+Mechanical模塊來完成。不管是穩(wěn)態(tài)還是瞬態(tài)熱固耦合，都不需要借助System Coupling。

在使用Thermal+Mechanical模塊進行熱固耦合計算過程中，需要利用Thermal模塊計算固體內部溫度，利用Mechanical模塊計算結構的熱應力。這里需要設置材料的熱導率、比熱以及熱膨脹系數，在熱應力計算過程中，還需要設置環(huán)境溫度。

在新版本的Fluent中也可以進行熱應力計算，通過在Structural模型中激活熱應力選項可以激活熱應力模型，此時需要在材料參數中設置固體材料的Starting Temperature及熱膨脹系數。

4、流固熱耦合

流熱固耦合涉及到三個物理場，可以在Fluent中直接進行，需要開啟能量方程計算溫度場，開啟Structural模型計算結構應力場。設置邊界條件時，指定固體側交界面的三個自由度邊界條件為Intrinsic FSI，若為雙向耦合，還需要開啟動網格，并在運動區(qū)域中指定流體側交界面為Intrinsic FSI。需要注意的是，采用此方式進行流熱固耦合計算，在幾何建模時確保流固交界面共享拓撲。

若使用System Coupling進行流熱固耦合計算，由于Mechanical默認采用Solid單元類型，并不具備溫度自由度求解功能，所以需要使用耦合場單元。六面體和四面體耦合場單元分別為Solid226及Solid 227，可以在幾何節(jié)點上插入Command，并根據網格形狀輸入et,matid,solid226,11或et,matid,solid227,11來實現(xiàn)。

當使用了耦合場單元后，還需要在固體求解器中創(chuàng)建System Coupling Region后，指定System Coupling Region節(jié)點下的屬性項Data to Transient[Expert]參數為All System Coupling Data Transfers，這樣熱參數才能夠發(fā)送至System Coupling。

注：早期的ANSYS版本中，只有Fluid Solid Interface，新的版本中添加了System Coupling Region，如果外部求解器是CFX或Fluent，則兩者可以通用。若外部求解器為其他求解器，則只能使用System Coupling Region。

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5、結構熱

這里的結構熱指的是結構做功而產生熱，如摩擦生熱問題。此類型的耦合不同于熱應力計算，無法采用兩個求解器間接耦合的方式進行求解，這里只能使用耦合場單元進行直接耦合計算。通過轉換單元類型，使Mechanical具備溫度場計算能力。

(本文結束）