本案例演示利用Fluent中Multi-Fluid VOF多相流模型计算浆体中气泡上升过程。

在本案例中，两个空气泡悬浮于颗粒浆体中，在浮力作用下运动。案例涉及到三相：空气、液体以及颗粒。采用Fluent中的Multi-Fluid VOF模型进行模拟。

1 问题描述

圆柱形容器中盛装有液态浆体，圆柱半径0.03 m，初始浆体深度为0.05 m，颗粒物均匀分散在液相中。两个半径0.008 m的气泡悬浮在浆体内，在浮力作用下气泡上升，导致浆体内颗粒分布变得不再均匀。

计算模型采用2D轴对称处理，利用Fluent多相流模型求解气泡运动过程以及气泡运动过程中引起的浆体浓度分布。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent
• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件slurry-vof.msh.gz

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient及Axisymmetric
• 激活选项Gravity，设置重力加速度为X轴-9.81 m/s2

2.2 Models设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Multiphase打开多相流设置对话框
• 如下图所示进行设置
• 激活选项Eulerian
• 设置Number of Eulerian Phases为3
• 激活选项Multi-Fluid VOF Model
• 激活选项Sharp/Dispersed
• 点击按钮Interface Modeling Options…打开设置对话框

• 如下图所示，激活选项Phase Localized Discretization

注：Phase Localized Discretization选项能够确保气液相之间采用清晰界面，而液固相之间采用分散界面。

2.3 Materials设置

• 创建流体材料sol，指定其Density为3000 kg/m3

-

注：Materials对话框中材料sol的粘度值在并不重要。

• 创建材料flu，指定其密度为1000 kg/m3，粘度为0.1 kg/m-s

2.4 定义相

• 右键选择模型树节点Models > Multiphase > phase-1-Primary Phase，点击弹出菜单项Edit…打开设置对话框

• 如下图所示设置主相材料为flu，修改其名称为fluid

• 相同方式设置第二相为air，指定其材料为air

• 指定第三相为solid，指定其材料为sol
• 激活选项Granular
• 设置Diameter为0.0004 m
• 设置Granular Viscosity为0.1 kg/m-s
• 其他参数保持默认设置

2.5 定义相间作用

• 右键选择模型树节点Models > Multiphase > Phase Interaction，点击弹出菜单项Edit…打开设置对话框

• 进入Drag标签页，如下图所示，设置阻力系数

注：浆体中的固体颗粒运动首选Gidaspow模型，相间存在尖锐界面时首选symmetric模型。

• 进入Surface Tension，如下图所示设置空气与水之间表面张力系数为0.1 n/m

注：表面张力对于气泡的形状影响甚大

• 进入Discretization标签页，如下图所示，设置solid-fulid参数为0，其他参数保持默认设置

注：2表示采用compressive算法用于sharp界面捕捉，0表示采用一阶算法用于扩散界面模拟

2.6 Operating Conditions设置

• 如下图所示设置操作条件，指定参考密度为1.225 kg/m3

2.7 Controls设置

• 进入Controls面板，如下图所示设置亚松弛因子

2.8 Initialization设置

• 采用默认参数进行初始化

• 点击Patch…按钮打开设置对话框，如下图所示设置区域fluid_patch的solid相体积分数为0.01

• 查看solid相体积分数分布，如下图所示

注：图中进行了视图旋转，X轴为向上正方向。

• 右键选择模型树节点Cell Registers，点击弹出菜单项New → Region…打开设置对话框

• 如下图所示创建一个区域

• 相同方式创建另一个区域

• 进入Patch对话框，如下图所示patch前一步创建的两个区域的solid相体积分数为0

• patch前两个区域的air相体积分数为1，如下图所示

• patch完毕后的体积分数分布如下所示

注：图中进行了视图转换及对称操作

2.9 定义动画

• 如下图所示创建云图显示

• 显示如下图所示的云图

• 如下所示设置自动保存

• 如下图所示创建动画

2.10 Run Calculation

• 如下图所示设置时间步长为0.0001 s，时间步数为1000，点击Calculate开始计算

3 计算结果

• 0.03 s气泡体积分数

• 0.04 s气泡体积分数

• 0.05 s气泡体积分数

• 0.08 s气泡体积分数

• 1 s气泡体积分数

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链接：https://pan.baidu.com/s/1Fbj-sLaXpOm89d32wUKX7w 
提取码：pots

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道