Решение задач взаимодействия жидкости и конструкции с использованием программных комплексов FlowVision и CAE Fidesys

В работе обсуждается численный метод решения задач сильного взаимодействия между жидкостью (газом) и деформируемым твердым телом: жидкость осуществляет силовое воздействие на тело, тело меняет форму, изменённая форма тела меняет течение. Разработанный метод демонстрируется на тестовой задаче обтекания клапана воздухом. Задача решается в трёхмерной постановке. Деформируемое тело обтекается неограниченным потоком воздуха под прямым углом. Рассматривается зависимость деформации тела при наличии в нём дефекта (отверстия), расположенном в различных положениях. Течение воздуха рассчитывается в программном комплексе FlowVision. FlowVision основан на конечно-объёмном подходе к аппроксимации основных уравнений движения жидкости. В нём реализованы явный и неявный методы интегрирования этих уравнений. FlowVision позволяет решать междисциплинарные задачи: моделировать многофазные течения с помощью метода VOF, задавать движение тел (перемещение непроницаемых границ) по неподвижной расчетной сетке, моделировать течения во вращающихся машинах с использованием метода скользящей сетки, решать задачи взаимодействия жидкости и конструкции методом двухстороннего сопряжения FlowVision с конечно-элементными ПК. Деформация тела рассчитывается в программном комплексе CAE Fidesys. CAE Fidesys позволяет проводить различные виды прочностного инженерного анализа полного цикла от построения расчётной сетки до визуализации результатов расчёта. Для численного решения задач механики деформируемого твердого тела CAE Fidesys использует в своей основе метод конечных элементов и метод спектральных элементов. CAE Fidesys позволяет производить расчёт как линейных, так и нелинейных задач, статических и динамических задач прочности. Для обеспечения проведения совместного расчёта была разработана технология двухстороннего сопряжения, осуществляющая двустороннее взаимодействие между комплексами CAE Fidesys и FlowVision. С использованием данной технологии проведено численное исследование в задаче об обтекании клапана. Приводится сравнение поведения клапана при различных вариациях расположения эллиптического отверстия в нем. Результаты проведенного исследования демонстрируют, что сопряжённый программный комплекс FlowVision — CAE Fidesys позволяет рассчитывать характеристики клапана на относительно небольших расчётных сетках.