【多相流探索】VOF模型在明渠流动中的应用

利用VOF公式和明渠边界条件,Fluent可以对明渠流动(如河流、大坝和无边界河流中的表面凸起结构)的影响进行模拟。这些流动涉及在流动的流体和它上面的流体之间存在一个自由表面(一般是大气)。在这种情况下,波的传播和自由表面的行为变得重要。流体一般受重力和惯性的作用。这一特性主要适用于海洋应用和通过排水系统的水流分析。明渠流动的特征受无量纲数弗劳德数控制,其定义为惯性力与静水压力之比。

1.png



其中,V是速度,g是重力加速度,y是长度尺度,在本例中,y是渠道底部到自由表面的距离。方程18.36中的分母是波的传播速度。由固定观察者所看到的波速被定义为:

2.png


根据弗劳德数,明渠流动可分为以下三类:

3.png

1 上游边界条件

对于明渠流动的上游边界条件,有两种选择:

  • pressure inlet
  • mass flow rate

1.1 pressure inlet

入口处的总压可以表示为:

4.png

5.png

1.2 mass flow rate

与明渠流动相关的每个相的质量流量定义为:

6.png

1.3 Volume Fraction Specification

在明渠流动中,Fluent根据边界条件对话框中指定的输入参数在内部计算体积分数,因此该选项已被禁用。对于亚临界进口流动(Fr < 1),Fluent利用邻近单元的数值重建边界上的体积分数值。这可以通过以下程序来完成:

  • 使用单元值计算边界处体积分数的节点值。
  • 使用内插的节点值在边界的每个面计算体积分数。 对于超临界进口流动(Fr > 1),边界上的体积分数值可以用自由表面距底部的固定高度来计算。

2 下游边界条件

2.1 pressure outlet

静压的确定取决于压力规范方法:

  • 自由表面高度:静压由方程18.40和方程18.42表示。对于亚临界出口流动(Fr <1),静压取自边界上指定的压力分布,否则压力取自邻近的单元。对于超临界流动(Fr > 1),压力总是来自邻近的单元;
  • 从相邻单元:静压总是从相邻单元取;
  • 表压:静压为用户指定值。

2.2 Outflow Boundary

可以在明渠流动出口处使用outflow边界条件来模拟流出口,在解决流动问题之前,无法了解流速和压力的详细信息。如果出流边界条件未知,Fluent会从内部推断出所需信息。

理解这种边界类型的局限性是很重要的:

  • 通过将流量权重设为1,只能在出口处使用单出口边界。也就是说,在有流出边界的明渠流中不允许有流出分离。
  • 在模拟中应该有一个初始流场,以避免由于出口处回流而导致收敛问题,导致不可靠的解。
  • outflow边界条件仅适用于质量流量入口。它与压力入口和压力出口不兼容。例如,如果选择入口作为压力入口,那么只能在出口使用压力出口。如果选择质量流量流入口,则可以在出口使用outflow边界条件或压力-出口边界条件。这仅适用于明渠流动。
  • 注意,出口边界条件假设流动在垂直于出口边界面的方向充分发展。

2.3 Backflow Volume Fraction Specification

Fluent使用邻近单元值在内部计算出口边界上的体积分数值,因此禁用此选项。

3 Numerical Beach Treatment

在某些应用中,希望抑制通过波的出口边界引起的数值反射。为了避免波反射,在压力出口边界附近的单元的动量方程中加入了阻尼项:

7.png

8.png

注意:此选项适用于明渠流动和明渠波边界条件。

免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删

QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空