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eNews 2008/05/27 :ADINA FSI : 血球或彈性球體在流場中之互動/FSI模擬(2/2):流體模型設定

附註 : 本篇內容參考中原大學機械所 楊昇穎 "質點應用於流道的實驗與分析", 模型設定由崴昊科技
教育訓練協助完成.

本文承接上第一部份: 血球或彈性球體在流場中之互動/FSI 模擬 (1/2) : 結構模型設定. 本文介紹流體模型之建立.


流體模型建立概略
圖1所示為該模型的流場部份之基本架構示意.


圖1 模型的基本架構示意


流體模型的建立, 基本上必需注意以下項目及步驟

1. 建立或讀入幾何模型.
2. 求解設定
3. 建立材料參數及 Element Group.
4. 建立網格.
5. 建立邊界條件及施加外力,並設定FSI界面.
7. 存檔

此處我們同樣挑選幾個比較特殊的步驟加以詳述

求解設定
在讀入幾何後, 開始輸入其它參數及建模之前, 一般的建議是先作求解之設定. 這是因為很多的選項, 如界面,材料或其他參數, 通常會依求解設定不同而有所改變. 有很多的選項也要有正確的求解設定才會出現. 在此題目, 主要的求解設定為.

1. 設定分析種類(Analysis Type)為Transient  
2. 打開FSI選項
3. 設定FSI耦合模式(直接或間接)
4. 設定流體假設為 (1) 不可壓縮(或輕微可壓縮)  (2) 層流
5. 設定元素公式
6. 設定可變網格
7. Time Function 及Time Step

上述之1~6項
在ADINA-AUI中之選單位置如圖2~圖4所示.

圖2 各求解設定在ADINA-AUI中之選單位置(1)


圖3 各求解設定在ADINA-AUI中之選單位置(2)


圖4 各求解設定在ADINA-AUI中之選單位置(3)

圖5為Time Function及Time Step之設定. 特別注意此處的Time Function, 雖然此問題的入口流速及外力都是固定的, 但是我們先從單位時間0到100以線性方式將外力從0.0加到1.0(滿載), 然後再從 時間100到10000維持為1.0(滿載). 這在作流場的暫態分析是必要的, 否則若從時間0.0就馬上滿載,將會造成數值上的不穩定


圖5
Time Function及Time Step之設定

建立邊界條件及施加外力, 並設定FSI界面

在ADINA-FSI中設立流場的邊界條件, 跟一般的流場邊界條件非常類似, 不同是的有部份的外壁(Wall)條件被FSI界面所取代. 此模型中,除了如圖1所示的Static Wall及3個FSI界面外,出口及出口條件之設定為

1. 在入口(Inlet)設定流速
2. 在出口(Outlet)以Normal Traction 設定背壓.

此處再提醒讀者一次, 流場模型FSI的編號必需與結構模型FSI的編號吻合.


存檔
以上建檔完畢後,必需先寫出dat檔備用, 如圖6所示.此檔必需與結構模型的DAT檔一起使用以求解FSI


圖6 寫出結構模型的dat檔
求解
在打開ADINA-FSI求解器的界面後, 按"Start"按扭,然後按住Control鍵, 可依次並同時選取結構模型的DAT檔(model02_a.dat)以及流場模型的DAT檔(model03_fsi_01.dat), 然後進行求解, 如圖7所示.

圖7 FSI求解



結果動畫
求解完後, 我們可在ADINA-AUI中以Post-Processing讀入求解後所產生之檔案model03_fsi_01.por, 然後以絕對速度(velocity magnitude)為背景等高線, 產生如圖8 球體在流場中運動之動畫.


圖8 
球體在流場(以velocity magnitude為背景等高線)運動之動畫



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