在流体结构相互作用（FSI）方案中，流体会影响结构，结构会影响流体流量或两者兼而有之。在建模依赖FSI的设备时，您可能需要模拟这些选项之一，一个组合或所有三个选项。这流体结构相互作用comsol®软件中的多物理耦合使您可以轻松地在分析中实现FSI。在这篇博客文章中，我们研究了通过球检查阀的流量，以获取不同的流动方向和压力。
流体结构相互作用的简单示例
检查阀是简单的两端口阀，其中流体向一个方向流动，另一个方向流出，没有回流。球检查阀是一种止回阀，在该阀中使用球在阀中停止回流。如果您曾经使用过手动气泵作为自行车轮或篮球，则可能已经使用了球检查阀。液体和凝胶分配器（例如洗手液）的微小齿轮也作为球止回阀运行。
球检查阀的设计和使用各不相同。对于某些变化，球在阀中没有连接，而对于其他球则是弹簧机构的帮助。这些设备在大多数情况下具有廉价的成本，小尺寸以及简单的制造和构造。
球检查阀也恰好是流体结构相互作用。让我们看一下球检查阀教程模型证明流体结构相互作用多物理耦合comsolMultiphysics®软件。
使用COMSOL®软件在球校准阀中模拟FSI
在此模型中，FSI与机械触点结合使用，以模拟弹簧加载的球校托阀的闭合。
球检查阀模型是一个结构性接触问题，其中流体周围并作用于实心部件（阀门和球）。对这样的情况进行建模，其中有两个接触的对象将完全关闭流动路径，这尤其具有挑战性。当阀门关闭时，拓扑会发生变化，以使一个流体结构域分为两个不相交域。
在该模型中处理的方式是在接触表面上添加一个小偏移，以便即使建立了触点，也总是有剩余的小流通道。这样，避免了拓扑变化。但是，所得的通量可以忽略不计，压力下降在很短的距离内。
您可以在两种情况下模拟阀中的流体流动：
- 功能性，其中作用在球上的流体力在开口压力下打开阀门
- 反向球，在反向下，球与O形圈接触并停止回流
这结构力学模块和MEMS模块，ComsolMultiphysics®的附加组件，包括用于模拟流体结构相互作用的预定义耦合。这流体结构相互作用多物理耦合设置了所有需要考虑到FSI问题的额外方程。
由于在模拟过程中，球和O形圈之间的缝隙形状发生了很大变化，如上上面的动画所示，因此必须进行重组以保持良好的网格元素的质量。教程模型展示了一种可以用来准确解析球和环之间的流体结构域的重新抽签技术。
检查球检查阀中的流动
运行耦合分析后，您可以检查球检查阀的行为。首先，有阀门的功能，可防止反向流情况下的回流，并允许在功能案例中流动。在下面的结果中，您可以在功能和反向流条件下看到阀中的流体压力。您还可以评估固体中的压力。
反向（左）和功能性（右）流动的球检查阀中的流体压力。
在确认止回弹阀按预期运行后，您可以检查阀的性能并使用结果来进行设计注意事项。流体的速度是球检查阀的重要特征。您可以看到流动如何通过阀门移动，计算最大速度，并使用出口处的平均速度来确定通过阀门的最大流速。此外，您可以通过将压力绘制为流速的函数来查看阀的工作曲线。
在完全开放的功能阶段（左）和通过阀出口（右）的流速（右）处的流体速度。
当流量提高到非零时，该检查球阀的开放压力约为4.5 mbar。
当然，还有许多其他示例，说明如何使用COMSOL多物理功能来建模流体结构相互作用。您是否正在进行FSI分析？在下面的评论中告诉我们更多！
自己尝试
尝试使用流体结构相互作用多物理耦合以建模球检查阀。单击下面的按钮将带您到应用程序库，您可以在其中下载PDF文档和随附的MPH文件。
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