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流固耦合分析

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,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体运动,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和含有描述固体现象的变量。

流固耦合分析特征

  • 1)流体域与固体域均不可单独地求解
  • 2)无法显式地削去描述流体运动的独立变量及描述固体现象的独立变量

流固耦合问题按其耦合机理可分为两大类

第一类问题的特征是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。

第二类问题的特征是两域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,特别是本构方程需要针对具体的物理现象来建立,其耦合效应通过描述问题的微分方程来体现。

实际上流固耦合问题是场(流场与固体变形场)间的相互作用:场间不相互重叠与渗透其耦合作用通过界面力(包括多相流的相间作用力等...)起作用,若场间相互重叠与渗透其耦合作用通过建立不同与单相介质的本构方程等微分方程来实现。

案例分析