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VirtualFlow | 气泡合并

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通用计算流体仿真软件VirtualFlow

VirtualFlow具有领先的网格技术、丰富的多相流模型以及先进的相变模型,可以模拟单相和多相/多组分流动,可以模拟复杂流体(包含非牛顿流体、水合物),提供了面向工业用户的领先流体仿真解决方案,可用于水利水务、环境市政、石油&天然气、化工&过程工艺、汽车等流体仿真分析。


VirtualFlow 根据界面流、离散相流以及混合流的不同特点,为用户提供了相应的多相流模型:

  • 界面流问题,提供了VOF、Level Set等模型;

  • 混合流问题,提供了基于欧拉-欧拉体系的均相模型;

  • 离散相流体问题,提供欧拉-拉格朗日模型。


以下主要展示使用 VirtualFlow 在三维空间模拟两个气泡合并详细操作:

初始时刻,水中有两个球形气泡,气泡上浮过程中将发生合并。


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气泡合并问题:初始条件


操作流程

启动VirtualFlow用户界面,创建并自定义工作目录及项目名称。


01 定义域和网格(Mesh & Bcs选项卡)

  • Domain & Grid选项卡:

  • 选择Domain & Grid选项卡

  • 在Domain(域)部分,设置以下域边界;并在网格参数中,按下图设置三个维度的网格数量,此处数量代表节点数,如Nx=21,代表x方向划分为20个网格,网格数量=Nx-1。


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  • Blocks选项卡

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设置完成后如下图

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  • BCs选项卡:

  • 为所有边界定义一个简单的壁面边界条件,将壁面边界条件与所有表面相关联:

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  • 点击左上角 Files 进行保存。


02 设置仿真参数(Input选项卡)

  • Physical Models选项卡

  • 定义需要求解的方程,并设置仿真中使用的模型;此外,重力设置为-2.5m/s2,是为了使气泡更快浮起,该案例为演示案例,非真实情况。

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在Level-Set中设置表面张力值

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  • Phase Properties选项卡
  • 定义材料的属性:第一相是空气,第二相是水。

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  • Simulation Parameters选项卡

  • 设置仿真参数,包括仿真类型和计算时间步长,这里为瞬态计算,初始时间步长为0.005s,时间步长采用自适应,内迭代30次;

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  • 设置CFL数

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  • Equations选项卡
  • 使用“方程”选项卡定义收敛残差、求解器和对流离散格式等。依次对Level Set、速度、压力进行设置。
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  • Initial Conditions选项卡

  • 对于两相流模拟,初始气液界面必须由用户指定。两个半径为1mm的气泡初始的中心坐标,c1= (2.25,1.5,2.0) mm, c2= (1.75,3.8,2.0) mm。可以通过使用initialconditions.xml文件在VirtualFlow中设置初始条件,initialconditions.xml中体现了两个气泡的中心坐标以及半径。

  • 在VirtualFlow中,初始化分为普通初始化和高级初始化,像该案例设置的两相边界比较规则,那么使用XML文件的固定格式就可以完成初始化,涉及到复杂边界的初始化,需采用高级初始化文件,将在之后的其他案例中为大家介绍。

  • 本案例初始化操作方法:复制该位置处的initialconditions.xml至自己的工作文件夹,即可完成初始化操作。

  • Output Management选项卡

  • 对输出参数进行设置,特别是可视化文件的格式、要输出的变量以及保存输出文件的频率。这里选择输出Paraview格式的文件、每50个时间步保存一次;输出参数选择压力、速度以及Level Set。

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  • Execute 选项卡

执行模拟,将核数改为3,对应之前划分的3个block,然后点击红色方框内的“开始”按钮。

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03 后处理结果


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