流固耦合问题数值模拟算法研究进展

流固耦合

流固耦合定义：它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者相互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用,变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动。变形或运动又反过来影响流，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。 (一)流固耦合动力学：求解方法与基本理论---张阿漫，戴绍仕 ●有限元法 ●边界元法 ●SPH法与谱单元法 ●瞬态载荷作用下流固耦合分析方法 ●小尺度物体的流固耦合振动 ●水下气泡与边界的耦合效应按耦合机理分两大类： 1 耦合作用只发生在两相交界面---界面耦合（场间不相互重叠与渗透），耦合作用通过界面力（包括多相流的相间作用力等）起作用。它的计算只要满足耦合界面力平衡，界面相容就可以了（其耦合效应是通过在方程中引入两相耦合面边界条件的平衡及协调关系来实现的）。如气动弹性，水动弹性等。按照两相间相对运动的大小及相互作用分为三类： (1)流体和固体结构之间有大的相对运动问题"最典型的例子是飞机机翼颤振和悬索桥振荡中存在的气固相互作用问题,一般习惯称为气动弹性力学问题" (2)具有流体有限位移的短期问题"这类问题由引起位形变化的流体中的爆炸或冲击引起"其特点是:我们极其关心的相互作用是在瞬间完成的,总位移是有限的,但流体的压缩性是十分重要的" (3)具有流体有限位移的长期问题"如近海结构对波或地震的响应!噪声振动的响应!充液容器的液固耦合振动!船水响应等都是这类问题的典型例子"对这类问题, 主要关心的是耦合系统对外加动力荷载的动态响应" 2 两域部分或全部重叠在一起，难以明显的分开，使描述物理现象的方程，特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立，其耦合效应应通过建立与不同单相介质的本构方程等微分方程来体现。按耦合求解方法分两大类： 1 直接耦合求解：直接耦合是在一个求解器中同时求解不同物理场的所有变量，需要针对具体的物理现象来建立本构方程，其耦合效应通过描述问题的微分方程来体现。 2 间接耦合求解：而间接耦合不需要重写本构方程，仅只利用当前比较成熟的单物理场求解器求解各自相域，并实现不同的物理场之间的信息交换。范例（一个经典的间接耦合求解范例步骤）：利用CFX 进行全三维非定常粘性数值模拟，利用ANSYS 进行结构瞬态动力分析，其耦合面数据交换以MFX-ANSYS/CFX为平台，在每个物理时间步上进行耦合迭代，各自收敛后再瞬态向前推进，结构变形引起的流场网格位移由CFX内部的动网格技术来处理，整个耦合过程充分考虑了流场的三维非定常性和结构响应的瞬态变化。https://www.360docs.net/doc/4b936145.html,/s/blog_6817db3a0100ju4s.html）迭代求解,也就是在流场,结构上分别求解,在各个时间步之间耦合迭代,收敛后再向前推进.好

渗流的流固耦合问题及应用

第18卷　第5期岩石力学与工程学报18(5):497～502 1999年10月Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering O ct.,1999 渗流的流固耦合问题及应用徐曾和 (东北大学岩石破裂与失稳研究中心　沈阳　110006) 博士学位论文摘要　渗流过程中的孔隙改变,既影响流体质量,又会引起介质渗透率的变化,导致非线性流固耦合作用。因此研究应力与孔隙压力共同作用下孔隙改变的机制是重要的。首先考察了经典渗流力学的基本假定,说明忽略总应力对孔隙改变的作用是经典渗流力学及其他非耦合理论不能研究流固耦合作用的基本原因。饱和多孔介质是不溶混的混合物,内部孔隙结构对多孔介质整体和孔隙改变的响应方程有影响。导出了多孔介质的响应方程及有效应力系数Α1、孔隙改变的响应方程和有效应力系数Α2以及孔隙压缩模量K p。证明有效应力系数Α1和Α2小于1,K p小于固体基质的相应模量。它们都取决于组成多孔介质的固体基质的力学性质和孔隙结构。还证明了对于孔隙的变形,总应力比孔隙压力更重要。任何排除总应力影响的理论,其出发点均不尽合理。研究了流固耦合机制。在渗流过程中,介质整体变形和孔隙变化是应力和孔隙压力相互作用的结果;孔隙改变会影响两相物质之间的扩散力和流体的质量守恒方程;扩散力和孔隙压力对两相物质的动量守恒有影响。这是一些主要的耦合机制。在混合物理论的基本框架内建立了渗流耦合问题的基本方程,考虑了流体与固体之间的多种耦合作用,如线性耦合、非线性耦合、非牛顿流体渗流的耦合作用、饱和多孔介质的动力响应等;由于渗流定律是孔隙流体动量守恒方程的特殊情况,应用混合物理论可以从实验得到的非线性一维渗流定律导出非线性渗流的三维定律;从上述研究还容易看出,B i o t的三维固结理论只考虑了多孔介质整体压缩(膨胀)对流体动量守恒方程的影响,反映了流体与固体之间最简单的、线性的相互作用。对某一边界上正应力和孔隙压力为常量的渗流耦合问题,提出了一种解耦方法,并得到了平面应变和广义平面应力状态下,含圆孔的饱和多孔地层中定量抽放和定压抽放问题的解析解。通过这些解答可以看出,对于稳定渗流,线性耦合理论(B i o t 理论)与非耦合理论没有差别;对非稳定渗流,线性耦合理论与经典渗流力学有明显的量的差别,但没有性质的变化。与弹性:若不考虑渗透率的变化,可压缩流体渗流引起的非线性相互作用以一个高阶小量体现出来,因此与近似的非耦合分析的结果相差不远。研究了稳定渗流和非稳定渗流情况下非线性流固耦合问题的特点,并求出了含单一圆孔的问题和单向渗流问题的解答。从中可以看出,非线性耦合问题与不耦合的经典渗流力学和弹性力学,不仅在量值上有明显差别,性质也有不同;并指出,非稳定渗流需要考虑更多的因素。当渗流达到最终的稳定状态时,某些因素,如原岩应力强度对渗流的影响消失。并研究了初始应力对渗流的影响。证明了可变形多孔介质一维稳定渗流时,小试件内的孔隙压力梯度在流动方向上是不均匀的。仍然沿用经典渗流力学的方法测试渗透系数,将导出流体质量不守恒的不合理推论。由此提出了可变形多孔介质渗透系数的新的测试方法。结合渗流的实验研究和微分方程反问题的数学方法,可得到可变形多孔介质的渗透系数。对粒状多孔介质进行的试验表明,按不同的试验方法得到的渗透系数相差较大。关键词　渗流,多孔介质,饱和,孔隙变化,混合物,解耦方法,线性相互作用,非线性相互作用,可压缩流体,渗透系数,测试方法,反问题 FL U I D-S OL I D INTERACT I ON OF SEEPAGE AND ITS APPL I CAT I ON Xu Zenghe (Cen ter f or R ockbu rst and Ind uced S eis m icity R esea rch,N ortheastern U n iversity,　S heny ang　110006　Ch ina) 1999年7月11日收到来稿。作者徐曾和简介:男,1958年生,1998年在东北大学采矿工程专业获博士学位,导师是徐小荷教授;现在东北大学工作,主要从事岩石失稳破裂与渗流耦合问题的研究。 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. https://www.360docs.net/doc/4b936145.html,

热采数值模拟

热采数值模拟研究 1 热采及模拟器简介作为国内的稠油生产主要基地，辽河油田稠油开发热采方式主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油、火烧油层等。但截止到目前为止，蒸汽吞吐仍然是稠油生产的主要方式，蒸汽驱处于即将工业化推广阶段，而蒸汽辅助重力泄油（SAGD）方式则处于刚刚起步的现场试验阶段，火烧油层则尚未有成功的先例。本书中着重针对蒸汽吞吐、蒸汽驱及SAGD 的方式热采数值模拟情况进行介绍。油藏数值模拟是应用计算机研究油、气藏中多相流体渗流规律的新型数值模拟计算方法。目前，国际上专业石油软件公司或国内著名研究机构都研制发布了具有版权的模拟器。黑油、组分、热采模型已经日渐成熟，对应多种类型油气藏、不同的开发方式都可以进行相应的模拟研究。稠油热采主力数值模拟软件主要有加拿大CMG公司STARS软件，美国SSI 公司THERM软件，清华大学NUMSIP软件。其中STARS软件是目前国际上最为优秀的热采数值模型软件之一，在世界各国得到普遍应用。 CMG数值模拟软件由CMG（Computer Modelling Group Ltd）公司研制发布。该软件基于面向用户的可视化窗口系统，对模型建立、运行和结果分析统一整合，构建油藏数值模拟研究平台。与其它软件相比，具有以下两大独特点：整合不同类型油藏，提供先进的窗口界面系统。CMG软件主要分为以下六大部分，前处理Builder应用程序，后处理Results应用程序，IMEX模拟器，STARS模拟器，GEM模拟器，相态分析程序WinProp。其中IMEX模拟器主要用于计算模拟注水开发油藏，STARS模拟器用于热采及化学采油油藏的数值模拟计算，GEM模拟器用于组分油气藏的模拟计算。Builder、Results两大动态可视化系统为用户提供了强大的数据读取功能，使模拟计算的实际应用从大量的人工劳动中解放出来，极大的方便了用户。 CMG提供了先进的研究技术。①可以完成复杂的工程分析：CMG软件可以对不同类型的油藏进行开发方式、井网井距、合理注入参数研究以及较为可信的开发指标预测，目前稠油油藏工程研究方法相对较少，而CMG软件的数值模拟方法为稠油油藏研究提供了的一种比较成熟可靠的方法。②三维可视化显示：在模拟计算过程中，通过CMG软件的后处理程序，可以随时观察油藏注采情况及油藏内部动态变化，使油藏工程师掌握油藏开发的整个过程及地下情况。③更好的有效开发油藏：通过数值模拟历史拟合计算，研究油藏剩余油动态变化、温度及压力变化，对已开发的和未开发的油气藏提高采收率提供有利依据，使勘探开发方面的投资得到充分的利用。 STARS是基于热平衡常数组合、化学反应和地质力学的油藏模拟软件，适用于采收环节的改进模型，包括注蒸汽、溶剂、空气和化学驱。STARS是行业领先的模拟热采和其他先进工艺的油藏模拟软件。它强大的反应动力学和地质力学使其成为最完整、最灵活的油藏模拟软件，在研究和实现复杂油气采收环节模拟中具有极大价值。下面是STARS模拟的油藏工艺列表：热采 ?蒸气驱 ?蒸汽吞吐 ? SAGD -（蒸汽辅助重力驱油） ? ES -SAGD -（溶剂增强-蒸汽辅助重力驱油） ?热采VAPEX ?热水驱、热溶剂驱

流固耦合应用研究进展

文章编号:1671-3559(2004)02-0123-04 收稿日期:2003-12-03 基金项目:山东省科学技术发展计划资助项目(012050107);山东省自然科学基金资助项目(Y 2002F19) 作者简介:郭术义(1971-),男,山东济南人,山东大学机械工程学院博士研究生。流固耦合应用研究进展郭术义,陈举华 (山东大学机械工程学院,山东济南250061) 摘　要:流固耦合力学是一门新兴学科。本文简要介绍了该学科的典型应用进展情况,总结了各种研究中的典型方程、数值解法,展望了进一步发展的趋势。关键词:流固耦合;数值模拟;展望中图分类号:O35112;O34717 文献标识码:A 流固耦合力学是一门比较新的力学边缘分支, 是流体力学与固体力学二者相互交叉而生成的。它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的相互作用:固体在流体动载荷作用下产生变形或运动,而固体的变形或运动又反过来影响到流场,从而改变流体载荷的分布和大小。总体上,流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。本文就流固耦合问题的两大分类中三种基本情况进行了讨论。 1　流固耦合典型应用流固耦合作用的研究在航空、航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生物领域都有着十分重要的意义。如液体晃动对火箭飞行稳定性的影响,大型贮液管在地震激励作用下产生的流固耦合作用,液体湍振对输液管道的影响。本文就如下三个大方面进行了总结。1.1　输流管道流固耦合流体引起输流管道振动的研究最初来源于横跨阿拉伯输油管道振动的分析[1]。管道在众多的工业领域中应用十分广泛,作用极其重要。但是,在管道内流体流动状态的微弱变化往往引起在工作过程中的湍振现象,诱发流体、管道之间的耦合振动,动力学行为相当复杂。这使得人们很早就开始了这方面的研究,Paidoussis M P [2]是其中最具有代表性的。输流管道的振动问题之所以能引起学者的兴趣,除因为该问题的广泛工业背景和现实意义之外,还因为输流管道虽然是最简单的流固耦合系统,但它却涉及了流固耦合的大多数问题,并且它的物理模型简单,系统比较容易实现,因而便于理论与试验的相互协同。考虑因素侧重面的不同,输液管道非线性运动方程有几种类型[3-5],它们之间有一定的差别。它们的基本假设都是:流体无粘且不可压;管道作为梁模型来处理;管道只是在平面内振动。尽管输流管道的非线性动力问题受到50多年极为广泛的研究,但至今尚没有一个公认的模型。文[6]建立的4个独立变量(轴向位移、横向位移、流速和压力)的全耦合模型(耦合形式包含摩擦耦合、P oiss on 耦合、结合部耦合以及管道轴向和横向运动的耦合)在众多的非线性分析模型中是一个较为完整的模型。 m ¨u +m f [ υf (1+u ′)+2υf u ′+υ2 f u ″+ ωυ′f ]+ P (υf + u )/c 2F -[(1-2υ)P (1+u ′)]′+4f ρf ρ′?υ2f /DK -gm f (1-2υ)(1+u ′)ω′-EI (7ω″ω +ω′ ω )-E A p (2u ″+6u ′u ″+2ω′ω″ )/2=0(1)m ¨ω+m f [ υf (1+ω′)+2υf ω′+υ2f u ″+ω″υ2 f ]+ P (υf + ω)/c 2F -[(1-2υ)P ω′]′-gm +EI ω″″-EI (u ′ω′+6u ″ω +4u ′ω ′)-E A p (u ″ω′+u ′ω″ )=0(2) P /c 2F +m f [(1-2υ)( u +υf )u ″- u ′+υ′f ]-m f (1-2υ)( u ′+u ′ u ′+ω′ ω′ )=0(3)P ′+m f (¨u + υf )+m f ¨ωω′+gm f ω′+Df ρf υ2 f /2=0 (4)随着对输流管道问题研究的深入,各种不同的分析计算方法也相继被提出。其中有限元法(FE M ) 第18卷第2期2004年6月济南大学学报(自然科学版) JOURNA L OF J I NAN UNI VERSITY (Sci.&T ech 1) V ol.18　N o.2 Jun.2004

流固耦合问题及研究进展

第5卷　第1期 1999年3月地质力学学报JOU RNAL O F GEOM ECHAN I CS V o l .5　N o.1M ar.1999 文章编号:100626616(1999)0120017226 收稿日期:1998205212 基金项目:油气藏地质与开发工程国家重点实验室开放研究基金项目(PLN 9702) 作者简介:董平川(19672),男,1998年在东北大学获博士学位,讲师。现为石油大学油气开发工程在站博士后,从事储集层流固耦合理论、有限元数值模拟及其应用研究。流固耦合问题及研究进展董平川1,徐小荷2,何顺利1 1 石油大学,北京　昌平　102200;2东北大学,辽宁　沈阳　1100061 摘　要:传统的渗流理论一般假设流体流动的多孔介质骨架是完全刚性的,即在孔隙流体压力变化过程中,固体骨架不产生任何弹性或塑性变形,这时可将渗流作为非耦合问题来研究。这种简化虽然可以得到问题的近似解,但存在许多缺陷,而且也不切合生产实际。比如:在油田开采过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将导致储层内有效应力的变化,使储层产生变形。近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。该文介绍了有关工程涉及到的流固耦合问题,重点针对油、气开采问题,介绍了储层流固耦合渗流的特点及研究方法和理论进展,包括单相、多相流体渗流的流固耦合数学模型及有限元数值模型。关键词:流2固耦合;理论模型;研究进展;工程应用分类号:T E 312 文献标识码:A 0　引言天然岩石不只固相介质一种,尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合。岩石孔隙中的流体流动问题,经典渗流力学已进行了广泛研究,但它没有考虑流体流动和岩石变形之间的相互作用,而在油气开采、地下水抽放等过程中,由于孔隙流体压力的变化,一方面要引起岩石骨架应力变化,由此导致岩石特性变化;另一方面,这些变化又反过来影响孔隙流体的流动和压力的分布。因此,在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响,即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。本文介绍了工程实际中所涉及到的流固耦合问题,诸如地下水抽放和油气开采所引起的地表沉降的流固

流固耦合文献总结

小论文拟采用DP模型，在应力较高的土体中，比Mohr-coulomb理想弹塑性模型的数值计算结果更精确。设定DP模型需要输入3个特殊参数，粘聚力，内摩擦角，膨胀角，其中的膨胀角是用来控制体积膨胀的大小的。在岩土工程中，一般密实的砂土和超强固结土在发生剪切的时候会出现体积膨胀，因为颗粒重新排列了；而一般的砂土或者正常固结的土体，只会发生剪缩。在使用DP模型的时候，对于一般的土，膨胀角设置为0度比较符合实际。渗流耦合分析拟采用的边界条件是全地基边界，即把要分析的模型所有的区域看成是一个封闭的整体。在计算渗流应力耦合分析时，考虑基坑空间效应，建立三维实体模型，不仅考虑施工降水耦合，也考虑施工间歇变形耦合。最终通过支护结构桩和锚杆的变形以及基坑的变形，得出以下两条结论：（1）采用渗流应力耦合理论计算的基坑工程变形形态符合实际情况，随着基坑开挖深度增加，基坑变形规律也符合实际情况。（2）渗流应力耦合情况下基坑变形与不考虑渗流耦合影响下基坑变形曲线相比，数值较大，可见，分析基坑变形时不考虑渗流耦合影响是偏不安全的，耦合分析对基坑变形的影响不能忽视。 1、基于渗流场-应力场耦合作用下的深基坑降水支护结构的位移研究工程勘察2012 本文采用大型通用岩土工程有限元软件PLAXIS对复合土钉支护进行分析,模型采用平面应变模型,土体采用Mohr-coulomb理想弹塑性模型且具有对称性，故取一半对其分析，模型底部为固定约束，侧面只限制水平位移，上表面为自由边界。本工程的数值模拟主要为比较在有降水作用下和未考虑地下水两种情况下的支护结构体系的位移，为此，首先进行了在未考虑地下水条件下的模拟，即不考虑孔隙水压，地下水位线默认为基坑底部。其次依据实际工程的地下水位线-7.24m，进行了数值模拟，以便找到降水作用对支护结构体系位移的影响。 2、考虑流-固耦合效应的基坑水土压力计算工程勘察2011 针对地下水绕过围护墙渗流情况，分析了传统的水土压力分算、合算及考虑土体渗流-固结变形方法计算土压力的区别，并利用实测数据进行对比。流过耦合分析，PLAXIS程序采用水土分算的方法，通过输入地下水水头执行地下水渗流程序进行计算，利用单元应力点上的压力水头求得孔隙水压力，将围护墙与土体接触界面上的有效压力与孔隙水压力值相加，得到基坑围护墙上总的水土压力分布。 3、考虑流固耦合作用的深基坑有限元分析地下空间与工程学报2012 利用FLAC流固耦合模型对复杂地质条件下深基坑降水开挖过程中深基坑的时间效应进行研究。建立考虑参数变化的弹塑性流固耦合数值模型，分析基坑开挖及降水作用下地表沉降、水压力、基底隆起随时间变化的规律。平面应变模型，土体采用修正的剑桥模型模拟，只是在理论上提出考虑基坑开挖过程中渗透系数随孔隙比变化的现象，未应用在模型模拟中。 4、考虑渗流-应力耦合基坑开挖降水数值分析广东工业大学学报2013 本文运用通用软件MIDAS/GTS考虑渗流应力耦合作用下模拟基坑开挖降水的详细过程，分析了不同阶段渗流情况,同时探讨了止水帷幕、渗透系数与不同降水深度对基坑支护特性的影响，以期为基坑降水和支护结构优化提供理论参考。采用的摩尔库伦土体模型，基坑较小，应力水平较低，平面应变模型，未考虑基坑的空间效应。 5、深基坑工程降水与地面沉降耦合数值模拟研究中国市政工程2012 采用基坑降水与地面沉降耦合模型分析，四周边界取为定水头边界，其中，求解地下水问题简化为求解地下水在多孔介质中流动的问题，建立相适应的地下水三维非稳定渗流数学模型为地面沉降模型为方程的求解条件为：利用建立的三维渗流沉降模型预测抽水减压期间对水位降深和区域沉降影响。计算结果

CMG数值模拟软件简介

CMG数值模拟软件简介 CMG开发的油藏数值模拟软件在市场上处于领先地位，作为提高采收率模拟的行业标准，得到了全球的认可 CMG先进的模拟技术，不断开拓新领域-模拟简单到复杂的提高采收率过程。通过结合简易的模型创建工作流程，最先进的性能增强技术以及跨学科多重机理（例如，热效应、地球化学、地质力学、流体相态、井筒、水力压裂以及完井等）精确模拟提高采收率过程。 CMOST AI 强大的敏感性分析、历史拟合、方案优化以及不确定性分析工具，最大限度地提高各类油藏的采收率和净现值 GEM组分模拟器世界领先的状态方程模拟器，适用于组分、化学驱以及非常规油气藏模拟 IMEX黑油模拟器模拟常规和非常规油气藏模型的衰竭和二次开采过程，使用快速和简单的工作流程进行准确的预测

STARS热采及化学驱模拟器准确模拟矿场提高采收率机理-热采、化学驱以及其他EOR技术-使得生产和效益最大化。 Builder前处理模块交互式、直观和易于使用的操作界面，为CMG模拟器快速和高效的准备模型 Results后处理模块为更加深入的理解油藏特征、提高采收率过程以及油藏性能等提供了先进的可视化和分析工具 WinProp相态模拟软件包为CMG模拟器创建流体模型，并为第三方油藏模拟软件提供黑油模型

CMOST AI 提升油田开发研究能力和潜力，改善业务决策流程。将统计分析、机器学习和无偏数据解释等人工智能技术与人类的工程专业知识相结合，确定油藏开发最佳方案。认知油气储层在同一个模型中同时自动考虑所有不确定性参数，运行数百个模拟作业，分析数据并做出更好的业务决策。 ?图形展示对开发效果影响最大的参数 ?从有限的模拟运算结果中获取信息，并通过它来认识每个参数如何影响模拟结果 ?“假定推测”功能，快速得出属性变化对产量的影响结果，并实时更新生产曲线 ?在更改一个或所有变量时，CMOST AI的内部引擎能自动预测变量之间的交互作用优化改进业务决策利用人工智能（AI）技术，用最少的计算找到最佳解。 ?快速运行数千个模型，评估历史拟合结果的多解性，方案优化结果以及相关概率分布特征 ?用户自定义的优化目标函数 ?使用高级计算引擎：CMG DECE、粒子群优化（PSO）、差分进化算法（DE）、拉丁超立方+代理方程或随机全组合方法 ?运算较少作业，确定最佳（全局最佳）开发方案或操作条件管理风险

流固耦合问题研究进展及展望

流固耦合问题研究进展及展望摘要：天然岩体大多数为多相不连续介质，岩体内充满着诸如节理、裂隙、断层、接触带、剪切带等各种各样的不连续面，为地下水提供了储存和运动的场所。地下水的渗流以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布；同时岩体应力场的改变使裂隙产生变形，从而影响了裂隙的渗透性能，因此，流固耦合问题研究主要考虑流体在固体中的变化规律，尤其是流体渗流与和岩体应力之间的耦合作用,通过对国内外相关文献的分析与整理，从流固耦合的研究现状、特点、研究方法及展望这四个方面进行了论述。关键词：流固耦合；岩体；地下水；研究方法；渗流中图分类号：X523文献标识码：A 文章编号：天然岩石不只是单一固相介质，尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合，岩石经历了漫长的成岩和改造历史，其内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，它们的存在为地下水提供了储存和运动的场所。地下水的渗流还以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布，同时岩体应力场的改变往往使裂隙产生变形，影响裂隙的渗透性能，所以渗流场随着裂隙渗透性的变化重新分布，因此，在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响，即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。近年来，流固耦合问题越来越受到人们的重视，这方面的研究涉及许多领域，在采矿领域，涉及地热开发，石油开采中的流固耦合渗流，采矿围岩突水问题等。在建筑工程领域，包括地下水抽取引起的地面沉降问题，基坑渗流引起变形问题，坝基渗流及稳定性问题，隧道建设等。在环境工程领域涉及地下核废料存储，城市垃圾废弃物处理等以及生物医学工程等领域，这一问题的研究对促进科技进步和解决实际工程技术问题有着重要意义。 1 国内外研究现状关于岩体和流体相互作用研究最早见诸K.Terzaghi对有关地面沉降研究，其内容主要限于考虑一维弹性孔隙介质中饱和流体流动时的固结，提出了著名的有效应力公式，迄今该公式仍是研究岩体和流体相互作用的基础公式之一。二十世纪中期Biot(1941,1956)进一步研究了三向变形材料与孔隙压力的相互作用，并在一些假设，如材料为各向同性、线弹性小变形，孔隙流体是不可压缩的且充满固体骨架的孔隙空间，而流体通过孔隙骨架的流动满足达西定律的基础上，建立了比较完善的三维固结理论。在此基础上，进一步发展了多相饱和渗流与孔隙介质耦合作用的理论模型，并在连续介质力学的系统框架内建立了多相流体运移和变形空隙介质耦合问题的理论模型。 Lous等（1974）运用单裂隙试件进行单向水流的室内模型，综合研究了天

流固耦合概述及应用研究进展

流固耦合概述及应用研究进展摘要流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的一门力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用(fluid．solid interaction)：变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。总体上 , 流固耦合问题按耦合机理可分为两大类:一类的特征是流固耦合作用仅仅发生在流、固两相交界面上 ,在方程上耦合是由两相耦合面的平衡及协调关系引入的;另一类的特征是流、固两相部分或全部重叠在一起 ,耦合效用通过描述问题的微分方程来实现。 1 流固耦合概述 1．1引言历史上，人们对流固耦合现象的早期认识源于飞机工程中的气动弹性问题。Wright兄弟和其它航空先驱者都曾遇到过气动弹性问题。直到1939年二战前夕，由于飞机工业的迅猛发展，大量出现的飞机气动弹性问题的需要，有一大批科学家和工程师投入这一问题的研究。从而，气动弹性力学开始发展成为一门独立的力学分支。如果将与飞机颤振密切相关的气动弹性研究作为流固耦合的第一次高潮的话，则与风激振动及化工容器密切相关的研究可作为流固耦合研究的第二次高潮。事实上，从美国ASME应用力学部召开的历次流固耦合研讨会上可以看出，流固耦合问题涉及到很多方面。比如：空中爆炸及响应，噪声相互作用问题，气动弹性，水弹性问题，充液结构内的爆炸分析，管道中的水锤效应，充液容器的晃动及毛细流中血细胞的变形，沉浸结构的瞬态运动，流固相互冲击，板的颤振及流体引起的振动，圆柱由于热交换引起支持附件松动的非线性流固耦合系统，声音与结构的相互作用，涡流与结构的相互作用，机械工程中的机械气动弹性问题等等。 1.2流固耦合力学定义和特点流固耦合力学是流体力学与固体力学交叉而生成的--I'l力学分支。顾名思义，它是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体位形对流场影响这二者交互作用的一门科学。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用（fluid-solid interaction)．变形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动，而变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小。正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。流固耦合问题可由其耦合方程来定义，这组方程的定义域同时有流体域与固体域，而未知变量含有描述流体现象的变量及描述固体现象的变量，一般而言，具有以下两点特征： a)流体域或固体域均不可能单独地求解； b)无法显式地消去描述流体运动的独立变量或描述固体运动的独立变量。 1．3流固耦合力学涉及领域及分类流固耦合问题涉及到很多方面。比如：工程实际中所涉及到的流固耦合问题，

流固耦合分析相关关键字

流固耦合分析相关关键字单元算法定义 *SECTION_SOLID *SECTION_SOLID_ALE *INITIAL_VOID_OPTIONS 多物质单元定义 *ALE_MUL TI_MA TERIAL_GROUP 多物质材料ALE网格控制 *ALE_REFERENCE_SYSTEM_CURVE *ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP *ALE_REFERENCE_SYSTEM_NODE *ALE_REFERENCE_SYSTEM_SWITCH 流固耦合定义 *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID ALE算法控制 *CONTROL_ALE *ALE_SMOOTHING 材料本构及状态方程定义 *MA T_NULL(空气、水等材料) *MA T_V ACUUM *MA T_OPTION(结构材料) *EOS_OPTION（流体、结构材料的状态方程）

爆炸分析相关关键字材料模型 *MA T_HIGH_EXPLOSIVE_BURN（炸药材料） *MA T_ELASTIC_PLASTIC_HYDRO（推进剂） *MA T_NULL（空气、水等材料） *MA T_OPTION（结构材料）状态方程 *EOS_JWL（各种炸药） *EOS_IGNITION_AND_GROWTH_OF_REACTION_IN_HE（推进剂燃烧） *EOS_JWLB（各种炸药） *EOS_SACK_TUESDA Y（炸药材料） *EOS_OPTION（结构材料的状态方程） *EOS_LINEAR_POL YNOMIAL（空气） *EOS_GRUNEISEN（水、油等）接触类型（Lagrange方法） *CONTACT_2D_AUTOMA TIC_SURFACE_TO_SURFACE *CONTACT_2D_SLIDING_ONL Y *CONTACT_SLIDING_ONL Y_OPTIONS *CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE *CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE 起爆方式（单点、多点、线起爆）

基于ANSYS的流固耦合动力分析方法

第37卷第6期2008年12月船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.37 N o.6 Dec.2008 交贯线附近区域首先开始达到极限载荷,从而引起支撑大面积失效。 2)支、主管直径比B 和主管径厚比C 是影响节点受力性能的主要因素。节点的强度和刚度随着支主管直径比B 的增大而增加,随着主管径厚比C 的增大而降低。当B >0.7,10

双向流固耦合实例Fluent与structure

双向流固耦合实例( Fluent 与 structure) 说明：本例只应用于FLUENT14.0 以上版本。 ANSYS 14.0 是2011 年底新推出的版本，在该版本中，加入了一个新的模块System Coupling ，目前只能用于fluent 与ansys mechanical 的双向流固耦合计算。官方文档中有介绍说以后会逐渐添加对其它求解器的支持，不过这不重要，重要的是现在FLUENT 终于可以不用借助第三方软件进行双向流固耦合计算了，个人认为这是新版本一个不小的改进。模块及数据传递方式如下图所示。一、几何准备流固耦合计算的模型准备与单独的流体计算不同，它需要同时创建流体模型与固体模型。在geometry 模块中同时创建流体模型与固体模型。到后面流体模型或固体模块中再进行模型禁用处理。模型中的尺寸：v1:32mm ，h2:120mm ，h5:60mm ，h3:3mm ，v4:15mm 。由于流体计算中需要进行动网格设置，因此推荐使用四面体网格。当然如果挡板刚度很大网格变形很小时，可以使用六面体网格，划分六面体网格可以先将几何进行slice 切割。这里对流体区域网格划分六面体网格，固体域同样划分六面体网格。二、流体部分设置 1、网格划分双击B3 单元格，进入meshing 模块进行网格划分。禁用固体部分几何。设定各相关部分的尺寸，由于固体区域几何较为整齐，因此在切割后只需设定一个全局尺寸即可划分全六面体网格。这里设定全局尺寸为1mm 。划分网格后如下图所示。

2 、进行边界命名，以方便在 fluent 中进行边界条件设置变形域），设定与固体交界面为壁面边界（该边界在动网格中设定为操作方式：选择对应的表面，点击右键，选择菜单 create named selection ，然后输入相应的边界名称。注意： FLUENT 会自动检测输入的名称以使用对应的边界类型，在 fluent 进行类型更改。完成后的树形菜单如下图所示。本部分操作完毕后，关闭 meshing 模块。返回工程面板。 3 、进入 fluent 设置 FLUENT 主要进行动网格设置。其它设置与单独进行 FLUENT 仿真完全一致。设置使用瞬态计算，使用 K-Epsilon 湍流模型。这里的动网格主要使用弹簧光顺处理（由于使用的是六面体网格且运动不规律），需要使用 TUI 命令打开光顺对六面体网格的支持。使用命令 /define/dynamic-mesh/controls/smoothing-parameters 。动态层技术与网格重构方法在六面体网格中失效。因此，建议使用四面体网格。我们这里由于变形小，所以只使用光顺方法即可满足要求。点击 Dynamic mesh 进入动网格设置面板。如下图所示，激活动网格模型。设置左侧面为速度进口 velocity inlet ，右侧面为自由出流 outflow ，上侧面为壁面边界 wall_top ，正对的两侧面为壁面边界 wall_side1 与 wall_side2 这两个边界在动网格设定中为 system coupling 类型）当然用户也可以

流固耦合的研究与发展综述

目录 1.引言............................................... - 1 - 2.流固耦合的分类与发展............................... - 1 - 3.流固耦合的研究方法................................. - 2 - 4.流固耦合计算法..................................... - 4 - 5.软件应用方法....................................... - 6 - 6.总结与展望........................................ - 14 - 参考文献............................................ - 15 -

流固耦合的研究与发展 1.引言近来，航空航天工业在世界上发展迅速，而作为“飞机心脏”的航空发动机是限制其发展的主要因素。目前，航空发动机日益向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展，高负荷导致的高你压力梯度容易引起流动分离，同时随着科技的发展，航空发动机的设计使得材料越来越轻，越来越薄，这就使得发动机内部的不稳定流动对叶片的影响大大增加，成为发动机气动及结构设计要考虑的关键问题之一。而以往单单考虑气动或结构因素不能满足实际的需求，必须将气动设计和结构设计相结合，考虑其相互作用的影响，因此流固耦合的研究应运而生。流固耦合是流体力学与固体力学交叉而生成的一门独立的力学分支,它的研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场影响。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的交互作用,固体在流体动载荷作用下会产生变形或运动，而固体的变形或运动又反过来影响流场，从而改变流体载荷的分布和大小，正是这种相互作用将在不同条件下产生形形色色的流固耦合现象。 2.流固耦合的分类与发展总体上，从流固耦合的机理上可以分为两大类：第一类，耦合作用仅仅发生在两相交界面上，在方程上的耦合是由两相耦合面上的平衡及协调来引入的如气动弹性、水动弹性等；第二类，两相部分或全部重叠在一起，难以明显地分开，使描述物理现象的方程，特别是本

三个流固耦合分析实例

length=2 !定义体各种变量参数，长宽高 width=3 height=2 /prep7 et,1,63 !选用壳模型 et,2,30 !选用FLUID30单元，用于流固耦合问题r,1,0.01 增加实常数，壳厚为0.01 mp,ex,1,2e11 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 !定义壳单元的各种单元属性 mp,dens,2,1000 !定义Acoustics材料来描述流体材料-水mp,sonc,2,1400 !定义声单元声速 mp,mu,0, !定义吸声系数 ! block,,length,,width,,height !建立长方体 esize,0.5 mshkey,1 ! type,1 !选择壳单元 mat,1 real,1 asel,u,loc,y,width !选择面 amesh,all !划分面单元 alls !选择所有项 ! type,2 !选择声单元 mat,2 vmesh,all !划分体单元 fini /solu antype,2 modopt,unsym,10 !非对称模态提取方法处理流固耦合问题eqslv,front mxpand,10,,,1 nsel,s,loc,x, nsel,a,loc,x,length nsel,r,loc,y d,all,,,,,,ux,uy,uz, nsel,s,loc,y,width, d,all,pres,0 !上面几步为定义边界条件和约束 alls asel,u,loc,y,width, sfa,all,,fsi !定义流固耦合界面

alls !选择所有项 solv !求解 fini /post1 !后处理 set,first plnsol,u,sum,2,1 !显示图形 fini /PREP7 !定义壳材料与性质 !壳元素与材料 ET,1,shell63 $MP,EX,1,201E9 $MP,prxy,1,0.26 $MP,dens,1,7.85E3 $r,1,0.006 !流体元素与材料 ET,2,FLUID80 $MP,EX,2,1.5e9 $MP,DENS,2,0.84e3 $mp,visc,2,1.0e-10 !以下这个keyoption怎么用? 如过用1，就会显示[Element 877 may not have a positive Z coordinate IF KEYOPT(2) = 1.]，显示这个错误代表要做什么修正吗?所以我暂时用KEYOPT(2) = 0就可以跑。 KEYOPT,2,2,0 !建立壳关键点 K,1,10,0,0 $K,2,10,0,12 !建立中心线关键点 k,3,0,0,0 $k,4,0,0,20 !定义壳壁线 L,1,2 $L,1,3 !以关键点3,4为中心线旋转360度生成壳体 AROTAT,all,,,,,,3,4,360 !划分壳体网格 AATT,1,1,1 $esize,2 $mshape,0,3D $mshkey,2 $amesh,all $alls !延伸出水位体积 VEXT,2,8,2,0,0,10,0,0,0 $vglue,all