XFlow｜Rayleigh-Taylor不稳定性模拟

Rayleigh-Taylor是一种有趣的物理现象，本算例利用XFlow仿真Rayleigh-Taylor不稳定现象。

Rayleigh-Taylor不稳定性发生在非稳定的密度分层的状况下，譬如较重的液体位于较轻的液体上，重力的作用加速了一层液体侵入另一层液体的进程，产生了湍流及随之发生的界面上的湍流混合过程。  ——来自百度百科

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计算模型如下图所示。密度大的重流体在重力作用下与下方的轻流体混合。

• 启动XFlow
• 选择菜单Options → Preferences，进入Application项，设置Application mode为Labs

• 进入Environment 标签页，进行以下设置
• 设置Kernel为2D
• 设置Floe model为Multiphase
• 设置Analysis type为Internal
• 指定External acceleraton laws为**（0 -1）**
• 指定Fluid 1 initial concentration为y>-0.1cos(2*acos(-1)*x)

这里参数Fluid 1 initial concentration指定老初始情况下的液位分布，函数的图形如下图所示。

• 进入Materials标签页，进行如下设置
• 指定Material 1的材料参数Reference density为3000 kg/m3
• 指定Dynamic viscosity 为1 Pa.s
• 指定Material 2的Reference density为1000 kg/m3
• 其他参数如下图所示

增加几何模型。

• 选择菜单项Geometry → Create Object → Box 打开对话框，如下图所示创建几何模型

• 进入Simulation 标签页，进行以下设置
• 指定Simulation time 为5 s
• 指定Courant为3
• 指定Resolved scale为0.005 m
• 指定Frames frequency 为10 Hz
• 其它参数保持默认设置

• 点击Calculate按钮进行计算
• 进入Post-Processing标签页，添加Cutting planes显示液面变化情况，如下图所示设置

• 计算得到的自由液面随时间变化如下图所示

XFlow捕捉的相间界面倒是挺清晰的。

随着计算机计算性能的不断发展，XFlow这类软件的优势将会越来越明显，粒子法的并行效率是真不错。