本案例利用Fluent模拟两种互不相溶介质在密闭旋转容器中的运动情况，并利用文献结果对其进行验证。

一个竖直放置的圆柱形密闭容器，其中盛装有不相溶的两种介质（水和硅油），其中硅油密度较小位于容器上部，水位于容器下半部。容器以恒定角速度旋转，如下图所示。本案例利用Fluent模拟容器旋转后水及硅油间的分界面。

计算参数如下表所示。

案例中的流动为层流流动，采用非定常模拟轴对称计算模型。利用无量纲化的旋流速度验证结果。无量纲旋转速度定义为：旋流速度/（旋转速度*圆柱半径）。

注：在Fluent中模拟2D问题时，旋转轴只能是X轴，因此在建立本案例模型时要格外注意。

案例计算网格如图所示。

本案例创建了两个计算区域，方便定义初始条件，同时将侧边面及对称轴分成了两部分。其实也可以只创建一个计算区域，初始条件用Patch进行指定。

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Fluent设置

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 读取相应的case文件

1.1 General设置

• 双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient、Axisymmetric Swirl

• 激活选项Gravity，设置重力加速度X方向-9.81 m/s2

这里注意重力加速度方向。

1.2 Models

• 双击模型树节点Models > Multiphase，弹出多相流设置对话框

• 激活选项Volume of Fluid，如下图所示设置参数

1.3 Materials

• 添加材料h2o，设置其Density为1030 kg/m3，设置其Viscousity为0.00103 kg/m-s，如下图所示

• 添加材料so，设置其Density为935 kg/m3，设置其Viscousity为0.0103 kg/m-s，如下图所示

1.4 Phase定义

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase > Phase，弹出如下图所示对话框

• 选中列表项Primary Phase，点击按钮Edit…弹出设置对话框，设置主相为so，如下图所示

• 相同方式设置Secondary Phase为h2o

• 点击按钮Interaction…弹出相间相互作用设置对话框，切换至Surface Tension标签页，设置表面张力系数为0.053

1.5 Boundary Conditions

计算域中除了对称轴外，其他所有边界均设置其旋转速度为2.39577 rad/s。

• 双击模型树节点Bottom_wall，弹出设置对话框中，按下图所示设置其旋转速度为2.39577 rad/s

• 双击模型树节点Boundary Conditions，点击右侧面板按钮Copy…弹出边界复制对话框，如下图所示将边界bottom_wall数据拷贝到其他壁面边界

1.6 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板设置压力速度耦合算法为PISO

• 设置Pressure选项为PRESTO!，其他参数保持默认设置

1.7 Initialization

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板采用下图所示设置

• 点击Patch...按钮，弹出对话框中初始化区域fluid-h2o的第二相体积分数为1

• 初始化区域fluid-so的第二相体积分数为0

• 可查看体积分数分布，如下图所示

1.8 Run Calculations

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示进行设置

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计算结果

创建四个几何点（0.02,0.00483）、（0.02,0.00943）、（0.02,0.01426）,统计这四个点的无量纲旋转速度进行验证。

2.1 创建验证点

• 选择工具栏按钮Create > Point…，弹出创建点对话框

• 对话框中设置x0为0.02 m，y0为0.00483m，命名为r=4.83，点击Create创建点

• 相同方式创建另外两个点。

2.2 Custom Field Functions

• 右键选择模型树节点Parameters & Customization > Custom Field Functions，点击弹出菜单项New…打开设置对话框

• 如下图所示创建变量dimensionless-swirl-velocity

2.3 获取点上的值

• 双击模型树节点Report > Surface Integrals，如下图所示获取前面创建的三个点的无量纲旋转速度值

• TUI窗口得到的速度值如下图所示

与参考文献中的值对比，如下表所示：

文献：

[1]T. Sugimoto, M. Iguchi, “Behavior of Immiscible Two Liquid Layers Contained in Cylindrical Vessel Suddenly Set in Rotation”. ISIJ International, Vol 42, pp. 338-343, 2002

可看出Fluent计算结果能够较好的与文献结果相吻合。

文件传递：

https://pan.baidu.com/s/1FCd-jw53xiz7boZ3I9I_Hw 密码: kw1f

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