本案例利用Fluent VOF多相流模型计算水中气泡在浮力作用下的运动。案例模型如图所示。采用2D计算域，完全封闭，尺寸为宽80mm，高200mm，气泡初始位置为距底面40mm高度，直径2mm。计算域初始水位高度160mm。 

 

计算采用VOF多相流模型，原始相分布以及气泡均采用Patch进行指定。

1

启动Fluent软件

以2D模式启动Fluent。

• 启动Fluent软件，选择Dimension为2D

• 选择菜单【File】>【Read】>【Mesh…】读入网格文件ex5-2.msh

网格读入后显示于图形窗口。

2

网格缩放

检查计算域尺寸，并对网格进行处理。

• 选择模型树节点General，点击右侧面板中的Scale…按钮

• 设置Mesh Was Created In为mm

• 点击按钮Scale

点击Close按钮关闭对话框。

3

Models设置

设置VOF多相流模型，计算采用层流模型。

• 选择模型树节点Models，鼠标双击右侧面板中列表项Multiphase弹出多相流模型设置对话框

• 选择Volume of Fluid，设置Number of Eulerian Phases为2

• 激活选项Implicit Body Force

• 点击OK按钮关闭对话框

4

Materials设置

添加材料水，并设置空气密度为ideal-gas，考虑其可压缩性。

• 选择模型树节点Materials，点击右侧面板中Create/Edit…按钮弹出材料定义对话框

• 点击对话框中的Fluent Database…按钮弹出Fluent Database Materials对话框

• 选择材料water-liquid(h2o)，点击按钮Copy

• 点击按钮Close关闭对话框

• 鼠标双击列表项air，弹出材料属性编辑对话框

• 设置Density为ideal-gas

提示：本案例中气泡在上升的过程中由于压力降低，其体积会逐渐长大，因此考虑其可压缩性是非常有必要的。若不考虑可压缩性，计算常常会发散。

5

设置相间作用

需要指定主相和次相，同时指定表面张力系数。

• 双击模型树节点Models | Multiphase | Phase，弹出相定义对话框

• 选择列表项Phase-1-Primary Phase，点击下方Edit…按钮弹出primary Phase设置对话框

• 设置Name为Water

• 设置Phase Material为water-liquid

• 点击OK按钮关闭对话框返回至Phases对话框

• 选择列表项Phase-2-Secondary Phase，点击下方Edit…按钮弹出primary Phase设置对话框

• 设置Name为air

• 设置Phase Material为air

• 点击OK按钮关闭对话框返回至Phases对话框

• 点击按钮Interaction…，弹出Phase Interaction对话框

• 切换至标签页Surface Tension，激活Surface Tension Force Modeling

• 设置表面张力系数为constant，参数值为0.071

• 点击OK按钮关闭对话框

6

Boundary Conditions设置

本案例的边界均为壁面边界，采用默认设置。需要设置操作条件。

• 选择模型树节点Boundary Conditions，鼠标点击右侧面板按钮Operating Conditions…弹出操作条件设置对话框

• 设置Reference Pressure Location为（0.2 0）

• 激活Gravity选项，设置重力加速度为（0 -9.81）

• 激活Specified Operating Density，设置Operating Density为1.225

• 点击OK按钮关闭对话框

7

Solution Initialization

需要对计算域进行Patch。

1、全局初始化

• 选择模型树节点Solution Initialization

• 设置air Volume Fraction参数值为1

• 鼠标点击右侧面板中Initialize按钮对全域进行初始化

2、标记区域

• 选择Fluent主界面标签页Setting Up Domain下的Mari/Adapt Cells按钮

• 选择子按钮Region…弹出区域定义对话框

• 设置Shapes为Quad，设置Input Coordinate为（0 0）到（0.08 0.16）

• 点击Mark按钮标记区域

• 设置Shapes为Circle，

• 设置X Center为0.04 m

• 设置Y Center为0.02 m

• 设置Radius为0.002 m

• 点击Mark按钮标记区域

3、Patch区域

• 选择模型树节点Solution Initialization，鼠标点击右侧面板按钮Patch…弹出Patch对话框

• 选择Phase为air，设置Variable为Volume Fraction

• 选择Registers to Patch列表项hexahedron-r0

• 设置Value为0

• 点击按钮Patch

• 选择选择Registers to Patch列表项sphere-r2

• 设置Value为1

• 点击按钮Patch

• 点击按钮Close

提示：区域后的编号（如上图中sphere-r2）是根据创建区域的次数自动编号的，若是一次创建成功，则为sphere-r1，读者自己需要清除所创建的区域名称。

8

Calculation Activities

设置自动保存文件。

• 选择模型树节点Calculation Activities

• 设置右侧面板中Autosave Every****（Time Steps****）为25

其他参数默认设置。

9

Run Calculation

设置迭代计算。

• 选择模型树节点Run Calculation

• 右侧面板中设置Time Step Size为0.001

• 设置Number of Time Steps为1125

• 设置Max Iterations/Time Step为30

• 点击Calculate按钮进行计算

10

导入文件到CFD-Post

在进行后处理之前，打开工程路径，将ex5-2.dat及ex5-2.cas名称分布修改为ex5-2-1-00000.dat及ex5-2-1-00000.cas。

• 启动CFD-Post软件

• 选择菜单【File】>【Load Result…】，选择文件ex5-2-1-00000.cas

• 激活对话框中的选项Load compute history as:A single case

提示：修改cas及dat文件名是为了与fluent自动保存的时间序列文件名保持一致。

11

查看相分布云图

查看各时刻空气体积分布。

• 选择菜单【Insert】>【Contours】，采用默认名称创建云图

• 左下角设置窗口中，设置Location为symmetry 1

• 设置Variable为Air.Volume Fraction

• 设置Range为Local

• 设置# of Contours为32

• 点击Apply按钮

• 选择菜单【Tools】>【Timestep Selector】，在弹出的时间选择对话框中分别选择0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1、1.1 s时刻

各时刻的体积分数如图所示。

本案例到此完毕。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道