我們介紹一下多相流模型的一種-VOF模型的適用場合及使用方法。通過VOF實例觀察兩相界面分布，了解VOF模型使用過程中的注意點。

1. VOF模型簡介

該模型通過求解單獨的動量方程和處理穿過區域的每一流體的容積比來模擬兩種或三種不能混合的流體。典型的應用包括流體噴射、流體中大泡運動、流體在大壩壩口的流動、氣液界面的穩態和瞬態處理等。一般而言VOF主要適用于非穩態的多相流模型，僅對某些特定問題的多相流模型的穩態問題能夠適用。

VOF方法適用于計算空氣和水這樣不能互相摻混的流體流動，對于分層流和活塞流，最方便的就是選擇VOF模型。需要注意的是，對于湍流模型的設置，VOF不能用于無粘流，也不能用大渦模擬。

2. 工況描述

我們使用VOF模型模擬打印機噴墨問題，如圖1所示，墨水從進口inlet邊界流入墨水腔(ink chamber)，經過縮放管后流入空氣腔(air chamber)。模型參數如圖2所示。

在時間零點，墨水腔中充滿墨水，而空氣腔中則充滿空氣。假設兩種流體都處于靜止狀態。啟動噴射后，入口邊界處的墨水速度從0增加到3.58 m/s。由于尺寸較小，ANSYS Fluent使用雙精度。空氣為第一相，墨水（將與液態水的性質建模）為第二相。 

圖1.物理模型

圖2.物理模型參數

 

3. Fluent計算步驟

1. File - Read - Mesh...

2. General-scale，將單位縮放為mm

 圖3.尺寸縮放

3. 顯示設置：Viewing-Views... 按軸對稱顯示完整的圖形

Viewing-camera Parameters，調整圖形角度。

圖4.軸對稱顯示 

圖5.角度調整

4. General Setting：基于壓力、瞬態、軸對稱

圖6.General面板設置

5. 模型設置：VOF兩相流模型，Number of Eulerian Phases表示相個數 

圖7.VOF模型設置

6. 材料設置：

使用兩種流體，air和water。將water的物性作為ink的物性，在物性參數中添加water，物性參數均保持默認。 

圖8.材料設置 

7. 相設置：Setting up Physics--Phases-List/show all...

將空氣設置為主相，水設置為次相

圖9.相域設置 

8. 操作條件，設置參考壓力位置，參考壓力位置的設定是為了計算更加精確，一般設置在流場中密度最小的位置，此處設置在空氣腔右上角位置。

 圖10.操作壓力位置

9. 邊界條件

In為Velocity inlet，速度設定為3.0m/s，ink的體積分數為1

Out為pressure outlet 

圖11.邊界條件設置

10. 求解方法設置 

圖12.求解方法設置

11. 初始化設置 

圖13.初始化設置

12. 動畫設置

Calculation Activities-Solution Animations-Create/Edit

 圖14.動畫設置

將相界面分布保持為動畫

圖15.設置動畫

13. 運行計算

圖16.運行設置

4. 結果查看

1. 相分布云圖

Results-Graphics-Contours

圖17.相分布云圖設置 

圖18.相分布云圖

2. 相界面分布動畫 

圖19.動畫輸出設置

圖20.相分布動畫

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提取碼：xkym