1、問題描述

本案例演示了如何在STAR-CCM+ 中為混合物沉降建模。在該模型中，模擬了瑞利一泰勒不穩(wěn)定性，即矩形試驗池中較重的水相在較輕的乙烷相之上。

本案例采用了多流態(tài)模型，該模型將VOF 模型和歐拉多相模型的優(yōu)勢集于一個模型中。多流態(tài)模型以與VOF模型類似的方式獲得清晰的自由表面。但是，如果液滴或氣泡比網(wǎng)格可以求解的小，多流態(tài)模型將其作為離散相處理。此方法與大漩渦模擬 (LES) 模型類似，在該模型中，求解大于方格的尺度，并對次網(wǎng)格尺度建模。使用二維網(wǎng)格來表示該相。在此模擬中使用的幾何如下所示：

2、軟件設(shè)置

（1）本案例流體是層流。在此模擬中，設(shè)置簡單層流來研究沉降箱中具有不同密度的兩相的分離。使用歐拉多相選項可以定義兩相，并使用分離多相選項來定義兩相如何進(jìn)行相互作用。本案例物理連續(xù)體的設(shè)置如下：

    （2）在物理連續(xù)體的歐拉多相節(jié)點(diǎn)為多相流創(chuàng)建水和乙烷兩相。選擇與每相關(guān)聯(lián)的模型。乙烷和水相均按液體建模，且規(guī)定它們具有恒定的密度。在選擇相模型后，可以為每相設(shè)置材料特性。
    （3）定義相間相互作用。選擇與每相關(guān)聯(lián)的模型。確定輕重流體相之間的相互作用。使用多相交互作用模型，可確定水和乙烷相之間的相互作用。水相指定為連續(xù)相，而乙烷相指定為離散相。右鍵點(diǎn)擊Models >Multiphase Interaction > Phase Interactions，新建一個相間相互作用，并選擇相應(yīng)的物理模型，如下：
     （4）設(shè)定初始條件和基準(zhǔn)值：創(chuàng)建場函數(shù)確定每相初始體積分?jǐn)?shù)。
     在Physics 1 > Models> Eulerian Multiphase > Eulerian Phases節(jié)點(diǎn)，為水和乙烷賦初值；

    （5）設(shè)置求解器參數(shù)和停止條件。本案例使用瞬態(tài)模擬，時間步長為0.01 s 運(yùn)行此計算80 .0 s。最終結(jié)果如下：
                                                 水體積分?jǐn)?shù)分布
      

水沉降到箱底部，由于比水輕，乙烷移動到箱頂部。
      流體域中點(diǎn)處的水和乙烷的體積分?jǐn)?shù)各自穩(wěn)定到預(yù)期的值 0.0 和 1.0。這一結(jié)果清晰地表明，求解穩(wěn)定且已收斂。

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