本案例模拟气泡在矩形鼓泡塔中的扩散运动。

1 案例描述

气体从底部进入鼓泡塔内，以气泡形式在容器内运动，如下图所示。

本案例所研究的鼓泡塔为矩形，其高度1 m，宽度0.1 m，厚度0.02 m。空气入口位于底部，其宽度0.02 m，长度0.01 m，如下图所示。

2 CFX设置

2.1 启动CFX导入计算网格

• 从开始菜单启动CFX 2019，设置工作路径，点击按钮CFX-Pre进入CFX

• 选择菜单File → New Case打开新建对话框

• 选择仿真类型为General，点击OK按钮新建仿真

• 鼠标右键选择模型树节点Mesh，选择弹出菜单项Import Mesh → Fluent Mesh

• 如下图所示，在弹出的对话框中设置文件类型为ICEM CFD，选择并打开计算网格文件rectangularcolumn.msh

导入的计算区域如下图所示。

2.2 设置计算区域

• 鼠标右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Edit打开设置面板

• 进入Basic标签页，删除默认材料Fluid 1，如下图所示

• 添加材料water，如下图所示

• 如下图所示设置，添加材料water，设置其为Continuous Fluid

• 如下图所示添加材料air，并设置其为Dispersed Fluid，设定其直径为0.003 m

• 如下图所示设置重力加速度为(0 -9.81 0)，设置参考密度为997 kg/m3，设置参考压力坐标为（0 1 0）

注：与Fluent不同，CFX将参考密度设为重相的密度。

• 进入Fluid models面板，保持默认设置

• 进入Fluid Specific Models标签页，选中列表项air，设置浮力模型为Density Difference，设置湍流为Dispersed Phase Zero Equation

• 选中列表项water，设置浮力模型为Density Difference，设置湍流为Shear Stress Transport

• 进入Fluid Pair Models标签页，如下图所示，激活选项Surface Tension Coefficient，设置Surf. Tension Coeff.为0.072 N/m，其他参数如下图所示设置

2.3 指定边界条件

1、inlet

• 新建边界inlet，如下图所示设置类型为Inlet，选择Location为INLET

• 进入Boundary Conditions标签页，设置Mass Flow Rate为0.01 [m/s]*0.002 [m^2]*1.185 [kg/m^3]

• 进入Fluid Values标签页，设置air体积分数为1

• Fluid Values标签页，设置water体积分数为0

2、Outlet

• 定义边界outlet，如下图所示设置类型为Opening，选择Location为OUTLET

• 进入Boundary Details，设置Relative Pressure为0 Pa

• 进入Fluid Values标签页，设置air体积分数为1

• Fluid Values标签页，设置water体积分数为0

3、Default Domain Default

• 鼠标双击模型树节点Default Domain Default，弹出设置面板中如下图所示，进入Boundary Details标签页，指定Mass And Momentum为Fluid Dependent

• 进入Fluid Values标签页，选中列表项air，设置Mass And Momentum为Free Slip Wall

• 选中列表项water，设置Mass And Momentum为No Slip Wall

2.4 初始条件

• 点击工具栏按钮Global Initialization进入初始化设置面板

• 进入Global Settings标签页，如下图所示设置Relative Pressure为(1.185-997)[kg/m^3] *g* (1.0 [m] - y)* if( y > 0.9 [m],1.0,0.0)

• 进入Fluid Settings标签页，选中列表项air，如下图所示设置Volume Fraction为 if(y > 0.90 [m], 1.0, 0.0)

• 选中列表项water，如下图所示设置Volume Fraction为1.0 - if(y > 0.90 [m], 1.0, 0.0)

2.5 设置求解参数

• 鼠标点击工具栏按钮Solver Control进入求解参数设置面板

• 如下图所示设置求解参数

2.6 启动计算

• 点击工具栏按钮Define Run弹出设置对话框

• 如下图所示设置参数，点击按钮Start Run开始计算

3 计算结果

查看空气体积分数分布，如下图所示。

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道