关于VOF 模拟两相流体界面流速的问题

xrs333

数值计算的结果与实验对比要小心。科学的实验当然是可信的，但是数值计算结果只对计算模型负责。它们之间的差别不得不防，比如你的计算模型是二维的。

owenliu

顺带一提，这个case跟FLUENT本身的vof教学档的case是不同的喔！我有参考过那个case，那个case的流速向量就很漂亮。

owenliu

确实！我的最终目的也是要跑三维的，而且流道的构型也更复杂。但是，因为三维跑起来实在是太费时了，一个case要两、三天。所以才想先从二维的著手。

owenliu

最近一直很忙啊。又清明扫墓、又学长车祸的，还得写计画书。我的论文就快出不来啦！

抱歉！发一下牢骚啊...笑

wuming2723628

一直很关注你这个帖子，我不知道你这样做的意义是什么~~纯粹的观察一下试验和模拟的想象吗？还是有什么工程应用意义~~

owenliu

其实是教授的要求。一开始，我们是研究两相流的，用一个T 型微流道，其中一端注入水相，另一端注入油相，让油相截断水相，形成微液滴。微液滴的用途可多了，食品、生医、保养品方面皆有研究。

而水相断裂的物理过程是我们要研究的方向，要研究流场，就一定会想看流速向量，这是做实验没法看到的。

由于我做的模拟，流速向量一直有问题，因此我才将我原本做的东西简化，拿出来发问。

owenliu

我想我应该要把初始化讲清楚点，这样你们就会明白为什么我着个case的液滴是不会断裂的。

我的初始条件是在一个充满油相的管子内patch一个水滴，这个水滴靠近入口处约0.2 mm，patch的范围是长0.1mm，宽0.09mm，为的是不让液滴接触壁面，当然也可以patch一个圆，这也是OK的。整个流域设定的初始流速与入口的流速一样。

由于液滴很小，界面张力很大，除非流速或是压力变化突然很大，否则不会断裂的。当然若用很粗操的网格，断裂还是有可能会发生。

我自己有尝试过液滴从入口跑至出口，分相图(contours of phase)是跟实验结果一样，但是液滴表面的流速就是一直有那异常大的流速出现。

xrs333

　　LZ在一楼给出的结果肯定不对，比如水滴中部速度几乎为零，显然不合理。我认为你计算的问题一是网格；二是求解时间不足，流动未进入稳定状况（注意，我不是说流动是稳态的）。但是，由于相界面粘性系数突变，流动肯定是复杂的。
　我把你的网格做了一个adapt，把壁面附近约1/10宽度的网格加密一倍，接着求解了约2ms，注意到相界面附近的流动亚结构，存在几个小涡团。我做的网格仍然不够细，流动结构还不是很清楚。此外你还可在随液滴运动的坐标系上观察液滴内的流动，应该存在二次流。前面说的液滴可能断裂的说法看来是臆断。当初作此判断的原因是发现求解过程中液滴出现中间收窄，以为最终会断开。但是随着求解继续，收窄处又复原。收窄的原因是网格变化引起的。
　　这方面我没有研究过，但觉得很有意思。在VOF模型假设下的数值计算可能不能完全反映其中的全部物理本质，但在一定尺度下仍然有意义。如果加入相界面更详细的物理模型就更好了。不知有没有人做过实验观测。如果能做实验研究和数值计算，那肯定是高水平的工作。

mumu8888

原帖由 owenliu 于 2010-3-27 06:41 发表

                               
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在此，首先非常感谢你们关心我的问题，并且提供了一些建议。

首先，我先澄清一下，这颗液滴从入口端跑至出口端会是等速进行，因为我的入口端是velocity inlet，设置了固定流速0.02m/s，出口端是pressure outlet， ...

为什么设置速度进口 液滴就一定是等速的？？
没有道理 说的不对。

owenliu

我知道我做的东西是有错的。否则，我也不会来这发问。只是希望能找到错的地方，以及改正的方法，因此我才把我做的东西上传。

首先，先回答楼上的，"液滴等速前进" 这只是我的猜想，实际情况可能不是。

但是，你可以想像一个纸船在一条等速的河流里，它能怎么行动吗？除非，纸船上头有小精灵或什么的在划船。我想那纸船应该是随着河等速前进吧。

我只是希望把问题简化。液滴若没接触壁面，我想它应该会是等速前进的。只是，液滴内部流场可能还需要探讨。

owenliu

最近找了一些Paper，也尝试了你提供给我的想法，发现液滴表面的小涡漩还是存在。

不过我跟你的看法有些不同。先说，我并不是认为我的看法是正确的，只是想提出来讨论。

我觉得可能不是网格，以及求解时间的问题，当然网格还是要够密，求解时间也需要够长，才能够探讨着个问题。但是，会不会真正的问题是在求解的方法，一些细部设定什么的？还是说FLUENT 的VOF模组就是没办法看细部流场。

owenliu

这是之前阅读 Paper 上的图片。他做的东西与我的很类似。

                               
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a、b 分别是做实验的液滴图、液滴内部的流速向量。他们用一种叫mic-PIV的技术得到液滴内部的流速向量，先把微颗粒灌入液滴当中(图a所看到液滴内部的黑点)，再用流速仪追踪颗粒，进而算出流速。

c、d是他们使用CFD-ACE+模拟而得的流速向量与流线。他们的网格跟我的网格的密度与画法皆差不多。

但是，我希望能利用Fluent 跑出如同他们那样的模拟结果，只是不知道下一步能怎么做。

xrs333

他们实验没有显示出流动的亚微结构，模拟的也没有，不代表就不存在。不要以为光溜水滑的图形就一定是好的。如果能通过实验观察到液滴上的小涡团就太好了。但他们的实验和模拟都显示出二次流。
他们实验肯定是三维的，你的最后结果也应该是三维的。网格要加密。计算域不要那么长，为了保证求解达到稳定状态，用点小技巧，采用插值（interpolate）的办法逐段接续求解，这样计算模型减小，求解速度加快。

qqffss

说的个人看法,仅供参考,这个问题我觉得用VOF不妥,首先说明一下VOF模型,通过该模型计算得到的是volume fraction,即含气率,而含气率的分布并不代表气泡的形状,换言之,就是说你看含气率是一个泡,但实际并不一定是一个气泡.其次VOF模型其实是忽略相间作用力的一种均相流模型,两相之间作用只是由密度差体现. 这记性,刚刚还想着好象还有一点什么问题,怎么也记不起来了,想到我再补充

[ 本帖最后由 qqffss 于 2010-4-1 15:19 编辑 ]

飞翔鸟

我拿你的cas跑了一晚上，结果跟你拿的试验图片有点象，不过我不知道为什么我传不上来图片。我VOF做过不少，但都是大空间，象你这种微细通道还真没有做过，所以说不出所以然来。
网格全域加密；求解器中去掉了non-iterative...选项，（根据我使用fluent和star的比较，fluent的这个求解器非常一般，经常出现非物理解，时间步长很难取大一点，可能是我没有掌握fluent这个求解器的诀窍），仍然使用simple算法；时间步长取为10e-6s；初始水滴改为圆形，直径为0.07mm。