ALE方法：应用于流体动力学的拉格朗日-欧拉描述优化方案

连续介质力学中有两种经典的运动描述方法，描述有限元网格的运动时也采用这两种方法：

一种是拉格朗日（Lagrange）描述，网格节点固定在物质点上并随之运动，因此在描述运动边界或者运动界面时非常方便，但当物质发生大变形时常常使网格纠缠，轻则严重影响了单元的近似精度，重则使坐标变换中的Jocobian行列式的值等于零或者负数，从而使计算中止或者引起严重的局部误差。

另一种是欧拉（Euler）描述，网格节点固定在空间，始终不动，因此在描述大变形时没有纠缠问题，但也有两个缺点：一是网格和物质的相对运动使处理对流效应更加困难；二是无法精确确定运动边界或者运动界面的位置。为了克服拉格朗日描述和欧拉描述各自的缺点，Noh和Hirt在研究有限差分法时提出了ALE描述法，后来又被Hughes、Liu和Belytschko等人引入到有限元法中来。其基本思想是：计算网格不再固定，也不依附于流体质点，而是可以相对于坐标系作任意运动。由于这种描述既包含Lagrange观点，可应用于带自由液面的流动，也保留了Euler观点，克服了纯Lagrange方法常见的网格畸变的不如意之处。自20世纪80年代中期以来，ALE描述已被广泛用来研究带自由液面的流体晃动问题、固体材料的大变形问题、流固耦合问题等。

流体流动问题往往涉及到动接触界面。这种界面可能是可动的内壁，例如在流体中运动的物体。这种界面也可能是可动的外壁或自由界面。对于这种问题，流体区域随时间变化而变化，可动的有限元网格可以满足可动界面的边界条件。拉格朗日-欧拉方程（即ALE）可以解决这类问题。

为了用ALE方法进行瞬态分析，必须利用ALE方程和瞬态运算法则。可以用以下方法激活ALE方程：

命令：FLDATAL，SOLU，ALE，TRUE

菜单：Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Solution Options

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Solution Options

可以用以下方法激活瞬态运算法则：

命令：FLDATAL，SOLU，TRAN，TRUE

菜单：Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Setup→Solution Options

Main Menu→Solution→FLOTRAN Setup→Solution Options

进行ALE分析时，需要用到以下两种单元：

1）FLUID141，KEYOPT（3）=0（笛卡尔坐标），1（关于Y轴对称），2（关于X轴对称）；

2）FLUID142，KEYOPT（3）=0（笛卡尔坐标）。

注意(www.xing528.com)

ALE分析不能用圆柱坐标。

可以用以下方法定义单元类型：

命令：ET，ITYPE，Ename，KOP1，KOP2，KOP3，KOP4，KOP5，KOP6KEYOPT，ITYPE，KNUM，VALUE

菜单：Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete

可以用以下的方法来设置节点上的位移或速度边界条件：

命令：D

菜单：Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Nodes

Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Nodes

可以用以下的方法来设置实体模型上的位移或速度边界条件：

命令：DL和DA

菜单：Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Lines

Main Menu→Solution→DefineLoads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Lines

Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Areas

Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Displacement（或Velocity）→On Areas