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Strömungsmechanik
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Strukturmechanik
Temperaturfelder

Fluid-Struktur-Interaktion mit Ansys CFD und Mechanical

Interaktion von Strukturmechanik und Strömungsfeld simulieren

Übersicht

Seminar Experte

Lernen Sie Ein-Weg- und Zwei-Wege-FSI einzusetzen, um Kolbenbewegungen, sich öffnende Ventile oder Kühlung durch Fluide zu analysieren. Diese Schulung wird als 2-tägiges Seminar angeboten.

Dauer
2 Tage

Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Mechanical, Grundwissen in Ansys Fluent oder CFX

Verwendete Software
Ansys CFD, Ansys Mechanical

Nutzen
  • Ein-Weg-Last-Transfer fluidischer Größen auf eine Struktur (direkt - externe Daten)
  • Export von Größen und Lasten aus CFD Post
  • Wärmeübergangskoeffizenten und ambiente Temperatur in CFD und Mechanical
  • System Coupling: Setup, Konvergenzhilfen, Remeshing für Zwei-Wege-Transfer

Beschreibung

Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) beschreibt wie Fluide und Strukturen sich gegenseitig beeinflussen. Dabei kann ein Fluid eine Drucklast oder einen Wärmestrom auf die Struktur übertragen. Die resultierende Verformung oder Bewegung ist gegebenenfalls groß genug, um wiederum den Strömungsraum und dadurch die Strömung zu beeinflussen. Typische Anwendungen sind Kolbenbewegung oder sich öffnende und schließende Ventile. In diesen Fällen sprechen wir von Zwei-Wege-FSI (System-Coupling-Analysen) und benötigen zur Simulation detailliertes Wissen sowohl über die mechanische als auch über die CFD-Analyse und deren Kopplung. Im Seminar lernen Sie Konvergenzhilfen für beide Module und deren Kopplung sowie auch Grundlagen des Remeshing des Fluidraums kennen.

In vielen Fällen reicht jedoch bereits eine einfachere Ein-Weg-Kopplung, bei der fluidische Größen wie Druck oder Wärmeübergangskoeffizienten auf die Struktur gemappt werden. Andersherum, wenn sich die Struktur durch die Strömungslast nicht verformt, ist es oft ausreichend, mit den FSI-Konzepten in Ansys CFD zu arbeiten. Hierzu gehört insbesondere der SIX-DOF-Löser, der sowohl in CFX als auch in Fluent zur Verfügung steht. Im Seminar lernen Sie die unterschiedlichen Kopplungsvarianten zu unterscheiden, typische Einsatzbereiche kennen sowie geeignete Verfahren für Ihre Aufgabenstellungen auszuwählen und anzuwenden. 

Detaillierte Agenda für diese 2-tägige Schulung

Tag 1

01 Ein-Wege-Kopplung: direkter Lasttransfer von Ansys CFD nach Mechanical

  • Workbench-Link CFD-Mechanical für die schwache Kopplung
  • Konservative und nicht-konservative Größen
  • Interpolation zwischen CFD- und Mechanical-Netzen
  • Qualitätskontrolle nach dem Mapping
  • Demo: Druckübertragung auf eine wasserumströmte Klappe
  • Workshop IC-Kühlung: Übertragung von Wärmeübergangskoeffizienten (HTC)

02 Ein-Wege-Kopplung: External Data für noch flexibleren Lasttransfer

  • External Data als generelles Interpolationsschema
  • Flexibilität hinsichtlich Geometrien, Netzen, Koordinatensystemen, übertragbaren Größen
  • Export der CFD-Daten
  • Import in Mechanical
  • Workshop IC-Kühlung: Lasttransfer auf Lüfterschaufeln im rotierten Koordinatensystem

03 System Coupling I: Grundlagen Zwei-Wege-Kopplung

  • Zwei-Wege-Kopplung: wenn der Rückweg wichtig wird
  • Praktische Anwendungsbereiche
  • Data Transfer und Kontrolle
  • Demo Kopplung: Transiente CFD-Analyse mit transienter Thermalanalyse
  • Workshop 2-Wege-FSI: Klappe in einer Wasserströmung

04 Besonderheiten der thermischen Lastübertragung

  • Ein-Wege-Kopplung – Übertragung via Wärmeübergangskoeffizient (Heat Transfer Coefficient, HTC)
  • Die richtige Wahl von HTC und Referenztemperatur Tref
  • Zwei-Wege-Kopplung – Conjugate Heat Transfer (CHT)
  • Kopplung von stationärer Strömung und transienter Thermalanalyse
  • Demo/Workshop: IC-Kühlung mit verschiedenen Paaren (HTC,Tref)

Tag 2

05 FSI-Konzepte inside CFD

  • Starrkörper in CFX oder Fluent
  • Immersed Solid in CFX: Anwendungen und Restriktionen
  • Rigid Bodies und Six-DOF in CFX und Fluent: Anwendungen und Restriktionen
  • Workshop: elastisch aufgehängtes Strömungshindernis als Durchflussmesser

06 Große Verformungen und Remeshing

  • Dynamic Mesh Update Methoden in Fluent
  • Remeshing von Tet-Prism-Netzen: was bewirken die Local Face/Region Face-Kriterien?
  • Glätten von Gittern
  • Remeshing von Hexa-Gittern: die Layering-Methode
  • Demo/Workshop: elastisch aufgehängtes Strömungshindernis als Durchflussmesser

07 System Coupling II: Vertiefung und Best Practice

  • Die Rolle des Zeitschritts
  • Konvergenzhilfen in Mechanical und CFD
  • Arbeiten mit dem Kontakt-Offset in Mechanical
  • Dämpfung in Mechanical und Stabilization in Fluent
  • Vorgespannte FSI-Analysen
  • Demo

08 Ausblick: Weitere Kopplungsmöglichkeiten

  • Alternative Mapping-Strategien für den Ein-Wege-Lasttransfer großer Modelle
  • Erweiterung der Zwei-Wege-Möglichkeiten: System Coupling außerhalb der Workbench
  • Es muss nicht immer CFD sein: FSI-Konzepte in Mechanical (Coupled Thermal-Fluid Pipe FLUID116, Acoustic FSI FLUID30)
  • Es muss nicht immer Mechanical sein: Intrinsic FSI in Fluent
  • Zwei-Wege-Kopplungen in Mechanical: Thermal-Electric und Thermal-Stress

Ihre Referenten

Dr. rer. nat. Sigrid Lang
Berechnungsingenieur, CADFEM Germany GmbH, Grafing
Daniel Rahn
Berechnungsingenieur, CADFEM Germany GmbH, Grafing

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Leiter Technik Österreich