先介紹下背景：最近有位學(xué)生使用XFlow，感覺碰到了一個(gè)非常奇怪的問題，在用XFlow中的多相流模型研究水射流時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口質(zhì)量不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，或者說質(zhì)量不守恒，或許是XFlow的一個(gè)bug？ 

初始拿到問題的時(shí)候，CAE從業(yè)者也很納悶。但心里還是堅(jiān)持XFlow應(yīng)該不會(huì)犯這么低級(jí)的錯(cuò)誤，否則XFlow就別在市面上混了。既然選擇相信XFlow沒問題，那么就得查證這位學(xué)生的模型問題到底出在哪里。

 

來看一下這個(gè)水射流模型。

幾何是一個(gè)很簡(jiǎn)單的組合直管道，包含一小段圓柱管和一大段方管，基本尺寸：圓柱段直徑1mm，長(zhǎng)度4mm；方管段邊長(zhǎng)3mm，長(zhǎng)度20mm。

邊界條件也很常規(guī)：左邊端面inlet速度進(jìn)口，15m/s；右邊端面壓力出口，表壓0。

仿真后的視頻動(dòng)畫是這樣子的：

動(dòng)畫看起來也沒有什么異常，可是在列出進(jìn)出口的mass flow的時(shí)候，卻是下面這樣：

入口的mass flow是正常的，如下：

出口的mass flow卻是這樣：

看起來出口的質(zhì)量流和入口的質(zhì)量流確實(shí)差了數(shù)量級(jí)。出入口的質(zhì)量流是如下的定義，是一個(gè)定積分，根據(jù)公式，在射流經(jīng)過出口后，出入口的質(zhì)量流確實(shí)應(yīng)該至少在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上。

那么小伙伴們可能會(huì)問了：是不是仿真時(shí)間太短了導(dǎo)致還沒穩(wěn)定下來？可以告訴大家的是，這個(gè)案例會(huì)和仿真時(shí)間沒有關(guān)系，因?yàn)樵摪咐姆抡嫒肟谒俣?/span>15m/s，仿真時(shí)間2ms，射流已經(jīng)流出出口，從仿真動(dòng)畫也可以看出射流已經(jīng)流出出口。

那么問題會(huì)出在哪里呢?

仔細(xì)看一下動(dòng)畫的每一幀，以最后一幀為例：

發(fā)現(xiàn)了什么問題？射流的尾流怎么沒有嚴(yán)格地經(jīng)過幾何出口呢？

再來看原始模型設(shè)置，原來使用了自適應(yīng)加密，卻沒有使用尾流長(zhǎng)度控制，而XFlow在默認(rèn)的情況下，在沒有尾流長(zhǎng)度控制的時(shí)候，至少會(huì)在流體的邊界處保留一層格子，所以射流的尾流并沒有嚴(yán)格地經(jīng)過幾何出口。從中間切面的最后一幀地格子分布也可以看出來。

解決辦法也很簡(jiǎn)單，就是利用尾流長(zhǎng)度控制把整個(gè)長(zhǎng)度包含在尾流控制長(zhǎng)度里。當(dāng)然，如果不關(guān)心出口的質(zhì)量流，上述設(shè)置也沒有問題。或者CAE從業(yè)者教給大家另外一種處理方式：復(fù)制一個(gè)出口面到尾流經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)，并設(shè)置用戶自定義域函數(shù)。如下圖所示，重新計(jì)算后，復(fù)制面的質(zhì)量流就和進(jìn)口面接近相同了（為什么不嚴(yán)格相同，大家想一想？可留言回復(fù)討論）。

既然談到了質(zhì)量流問題，再繼續(xù)沿著這個(gè)話題深入探討一下XFlow多相流中總質(zhì)量overall mass的問題。

 

還拿上述水射流案例為例，overall mass如下所示：

可能又會(huì)有小伙伴會(huì)問：為什么總質(zhì)量是一直線性增加的呢？

 

CAE從業(yè)者和大家一起探討一下。

 

XFlow對(duì)overall mass并沒有詳細(xì)的說明，只有下面一個(gè)積分公式。所以嚴(yán)格說來我們并不知道XFlow是怎么計(jì)算overall mass的。

但這并不妨礙去我們?nèi)ヌ骄?/span>XFlow算法的真相。從上述射流案例的總質(zhì)量曲線來推斷，對(duì)于多相流，XFlow計(jì)算的overall mass應(yīng)該是所有經(jīng)過流體域的多相的總質(zhì)量，隨著時(shí)間是增加的，并非固定流體域中的瞬時(shí)質(zhì)量。

 

驗(yàn)證方法如下：設(shè)置用戶自定義域函數(shù)，vof*第一相密度+（1-vof）*第二相密度，或者直接將域函數(shù)定義為rho,然后定義體積分即可計(jì)算總質(zhì)量，與XFlow自身計(jì)算的overall mass進(jìn)行對(duì)比即可。這個(gè)驗(yàn)證方法交給感興趣的小伙伴們自己研究吧。

文章最后，歡迎各位鄰友關(guān)注個(gè)人公眾號(hào)：CAE從業(yè)者。