充流管道的流固耦合计算方法研究

论文摘要

充流管道在能源电力、石油化工、生物医学等各种工程装置和科学研究中有着广泛的应用。近几十年来,流固耦合引起的充流管道变形或振动已成为理论和工程研究的热点。目前,流固耦合的计算理论正处于研究阶段,而一般的流固耦合数值计算方法又存在操作过程复杂、数据传递失真的问题。针对以上情况,提出一种新的流固耦合计算方法,以实现对充流管道流固耦合过程的自动化数值计算,并确保数据在传递过程中的准确性。采用C++语言编写出一套封装程序,封装程序能够在获取管道结构数据后自动调用GAMBIT软件进行模型建立和网格划分等操作,并自动生成网格文件；随后,封装程序调用FLUENT软件并控制其读取网格文件、进行流体计算以及输出流体计算结果文件；然后,封装程序调用ANSYS软件使其自动获取流体计算结果文件,自动进行结构分析,并导出结果文件和变形后的管道节点坐标数据。封装程序将整理这些管道节点坐标数据并自动将其导入到GAMBIT软件中,重新进行建模和网格划分操作。将上述过程进行循环,直至计算结果收敛。通过对某充液管道进行计算分析,验证了该封装程序的正确性和合理性。封装程序为流固耦合数值计算方法的研究做出了有益的探索。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 自动建立网格模型
• 1.3.2 流体计算的自动化
• 1.3.3 结构计算的自动化
• 1.3.4 数据文件的处理
• 1.4 本章小结
• 2 流固耦合计算原理
• 2.1 流固耦合的分类
• 2.2 紧耦合法的计算原理
• 2.2.1 轴向振动的计算模型
• 2.2.2 横向振动的计算模型
• 2.3 松流固耦合的计算原理
• 2.3.1 FLUENT流体计算原理
• 2.3.2 ANSYS结构计算原理
• 2.4 本章小结
• 3 耦合计算的程序实现
• 3.1 程序的开发环境介绍
• 3.2 自动化建立网格模型的实现
• 3.2.1 GAMBIT的一般化建模规则
• 3.2.2 GAMBIT建模的自动化实现
• 3.3 流体计算的自动化实现
• 3.3.1 FLUENT流体计算的步骤
• 3.3.2 FLUENT流体计算的自动化实现
• 3.4 结构计算的自动化实现
• 3.4.1 ANSYS结构计算的一般步骤
• 3.4.2 ANSYS结构计算的自动化实现
• 3.5 本章小结
• 4 计算验证分析
• 4.1 计算过程分析
• 4.2 计算结果分析
• 4.2.1 管内压力分布的结果分析
• 4.2.2 管壁应力强度的结果分析
• 4.3 对比计算分析
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历