【多相流计算】案例05：Rayleigh –Taylor不稳定现象模拟

本案例利用Fluent中的VOF模型模拟Rayleigh–Taylor不稳定现象。

当两种密度不同的介质放置于同一个容器中，如下图所示，密度大的介质位于密度小的介质上方时，在重力作用下，两相界面会发生不稳定现象，称之为Rayleigh–Taylor不稳定现象，更专业的描述可参阅wIki百科：

（https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh%E2%80%93Taylor_instability）。

本案例模拟的模型如图所示。计算域为密闭空间，其高度为2 m，宽0.2 m，初始时刻水和油各占据一半容积。

计算过程中考虑重力作用。

在SCDM中创建几何模型，网格尺寸采用0.004m，划分等间距四边形网格，共产生25000个网格。

由于本案例几何及网格划分过程均极为简单，这里不详述过程。

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 读取网格文件Rayleigh_Taylor.msh

3.1 General设置

• 双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient

• 激活选项Gravity，设置重力加速度为Y方向-9.81 m/s2

3.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → SST k-omega启用湍流模型

• 双击模型树节点Models > Multiphase，弹出对话框中激活选项Volume of Fluid，按下图所示进行设置

3.3 Materials设置

• 从材料库中添加材料water-liquid，采用默认材料参数

• 新建材料oil，指定i密度为550 kg/m3，粘度0.00332 kg/m-s

3.4 Phase设置

设置油为主相，水为第二相。

• 右键选项模型树节点Models > Multiphase > Phase > Phase-1-Primary Phase，点击弹出菜单项Edit...

• 弹出菜单中选择Phase Material为oil，并设置Name为Oil

• 相同方式设置第二相为water

• 右键选择模型树节点Phase Interactions，点击弹出菜单项Edit...

• 弹出对话框中设置表面张力系数为0.15，激活选项Wall Adhesion

3.5 Operating Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions，右侧面板中点击按钮Operating Conditions，弹出设置对话框

• 按下图所示设置操作条件

3.6 Region定义

• 右键选择模型树节点Cell Registers，选择弹出菜单项New → Region...

• 按下图所示设置要标记的区域为（0,0）→ （0.2,1）

3.7 Initialization

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板设置water Volume Fraction为1

• 点击按钮Patch...，弹出对话框中初始化前面标记的区域water相体积分数为0

3.8 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Time Step Size为0.001

• 设置Number of Time Steps为10000，设置Max Iterations/Time Step为30

• 点击按钮Calculate开始计算

Rayleigh-Taylor与表面张力及壁面接触角关系很大，模拟过程中注意调整这两个参数。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道