弹性直管流固耦合问题的数值研究

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流固耦合问题的重要特征是流体域与固体域之间的交互作用,这种相互作用产生了形色各异的流固耦合现象,研究工作的开展对于流固耦合问题的求解意义重大。但是由于其具有强非线性的性质,几乎无法用解析方法求解,同时受到实验条件的限制,通过实验来获取理想的分析结果也是很难实现的。数值模拟计算作为研究流体固体两种介质相互作用的一种重要手段,发挥着越来越重要的作用。但之前流固耦合问题的相关研究关注的是定常输入,只能反映出流动的平均特征,有一定的局限性,在实际当中脉动输入的问题是不可避免的。   本论文基于CFD-ACE+软件平台,采用数值模拟计算方法,研究了在脉动输入条件下弹性直管的流固耦合问题,与实验所得结果进行比较,并且对实验所得规律加以拓展,研究脉动频率的改变所产生的影响。采用当前最成熟的研究方法,固定一个边界条件不变,改变另外一个边界条件,进行结果的对比研究,总共进行了8组对比性的数值模拟计算。分为入口速度控制模型以及入口压力控制模型,亦即以脉动变化的速度或者压力为入口边界条件进行数值模拟计算,脉动频率取0.5Hz、0.667Hz、0.833Hz、1Hz、1.25Hz以及2Hz,而在这每个频率下涉及速度、压力以及径向位移的变化规律。对于每一组的计算,进行了详细认真的分析讨论,得到了在不同时刻、不同特征点的压力、速度沿轴向的分布规律,得到了耦合界面上特征点的径向位移的分布规律:   (1)入口输入不论是脉动还是恒定,不同点的速度、压力均与各自的入口的分布曲线保持一致;   (2)流固交界面上的径向位移由于反射现象的存在,越接近出口,分布曲线的变化越大;   (3)脉动输入与恒定输入的最显著不同就是入口输入是恒定的速度或压力时,压力与径向位移都已没有了明显的脉动变化情况,只有速度还有小幅的震荡;   (4)入口输入是恒定速度或压力的控制模型比入口输入是脉动的速度或压力的控制模型所产生的速度、压力、径向位移都要小。
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