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ADINA中的亚音速势流体单元
ADINA
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关键词：流固耦合，核能工厂，反应堆失水实验，管道破裂分析，HDR管道，亚音速势流体单元，Bernoulli效应，势流体
势流体单元经常用来模拟压力容器或者储液罐中的流体。这些单元可以模拟流体的质量，也可以模拟波在流体中的传播。势流体单元的计算效率非常高，因为它是线性的。
Bernoulli效应（Bernoulli方程中的1/2 ρv2项）没有包含在势流体中。因此在这个影响比较显著的问题中不能使用势流体。
当需要考虑Bernoulli效应的时候，我们可以使用ADINA中的亚音速势流体单元（subsonic potential-based fluid element）。这种单元和势流体单元类似，不同之处在于它包含了Bernoulli效应。因为Bernoulli效应是非线性的，所以亚音速势流体单元也是非线性的。
储液罐水泄露问题
这里给出一个例子说明Bernoulli效应的重要性。我们考虑储液罐中的水泄露问题，如图1所示。

（图片）

图1 储液罐中的水泄露。(a)示意图 (b)网格

这类问题用亚音速势流体单元很容易解决。储液罐顶部定义势流体自由液面，阀门处定义入口-出口边界条件。阀门处给定出口压力。
首先，出口压力设置为静水压力并且定义重力荷载，计算一个静力时间步。流体中的压力就是静水压力。然后重启动，出口压力突然减小到零，进行动力分析。图2给出了计算结果。

（图片）

图2 计算结果

HDR反应堆失水实验
这是关于Bernoulli效应非常重要的一个实际工程实例——HDR反应堆失水实验。轻水反应堆分析的一个重要问题就是计算由于失水（冷却剂流出）导致的反应堆核心部分和压力管道的动力响应。德国的“HDR安全计划”用实验验证了计算机程序模拟这类事故的准确性。
图3给出了模拟HDR反应堆失水实验的FSI分析模型。

（图片）

图3 HDR反应堆失水实验的FSI模型

在这个模型中亚音速势流体单元用于模拟流体，壳单元和实体单元用于模拟结构。首先进行静力分析，把流体的内部压力施加在模型上。然后重启动，进行动力分析，用管道出口压力降低来模拟管道破裂。
动画给出了分析结果。左边的图显示的是流体压力，右边的图显示的是结构的变形。参考文献中有计算结果和实验结果的比较。

（图片）

显然ADINA中亚音速势流体单元用于分析这类问题非常有效。
参考文献
T. Sussman, J. Sundqvist, Fluid-structure interaction analysis with a subsonic potential-based fluid formulation, Computers and Structures, 81 (2003), 949-962. 1/4/2009

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