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關注創(chuàng)建者：高飛 創(chuàng)建時間：2021-02-21
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基于STAR-CCM+的旋轉機械計算流程講解演示——以自由液面下旋轉螺旋槳數(shù)值計算為例
基于STAR-CCM+的旋轉機械計算流程講解演示——以自由液面下旋轉螺旋槳數(shù)值計算為例 適用人群：船舶工程在讀學生，計算流體從業(yè)者等 基于STAR-CCM+的旋轉機械計算流程講解演示——以自由液面下旋轉螺旋槳數(shù)值計算為例（免費）【已結束】 直播時間：2023-05-11 19:30 直播內容： 以STAR-CCM+計算流體力學軟件為工具，對自由液面下的螺旋槳旋轉過程進行數(shù)值模擬
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Fluent專家-udf-案例1-液體的蒸發(fā)相變模擬
案例簡介 本案例對二維容器內水的蒸發(fā)相變過程進行模擬分析，容器底部被持續(xù)加熱，容器內裝滿水，液面為自由液面，與底部接觸的水蒸發(fā)形成水蒸汽氣泡，并逐漸上竄至液面逸出，屬于動態(tài)變化過程。 本案例通過udf來定義了水與水蒸汽之間的轉換。 知識點：幾何建模、網格劃分、求解設置、液體水蒸發(fā)相變udf、解釋udf、vof多相流、后處理等等
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419-攪拌器固液（歐拉）兩相流仿真及流固耦合預應力模態(tài)計算WORKBENCH2020R1
實際計算流體區(qū)域：容器底至液面（即不考慮液面以上部分），流體表面為自由液面（設為無滑移邊界）。 池體內填充液相清水和泥，混合模型多項雙流體模型，湍流模型RNGk-ε。 固相泥（作為擬流體），占體積分數(shù)15％，密度1.03E3kg/m3，1.6E-3Pa.s。 根據攪拌器實際模型，抽取流體域。 本例為內流，需在模型內空部位進行填充。
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此外，COMSOL Multiphysics 中的動網格方程無法處理自由液面的拓撲變化，比如破碎波。
在某種程度上，相比于水平集和相場法，利用動網格方法為自由液面建模顯得更加簡單干脆，因為如前文所述，我們可以直接將表面張力及其他表面力用作邊界條件。不求解自由液面上方空氣域內的流體流動有利于大大提高計算速度，因為納維-斯托克斯系統(tǒng)的自由度數(shù)量幾乎減少到基于場的方法的一半。在這種情況下，我們之所以忽略空氣域的影響，是因為水和空氣的密度與動力粘度比值很大。所造成的差異將在下一節(jié)中詳述。
比較動網格與相場法的結果
下圖比較了分別使用動網格與相場法計算的自由液面。我們可以看到兩種方法的結果非常一致，自由液面的形狀和速度場的流線都很相似。
不過模型并非完全相同。在相場法的案例中，自由液面上方的空氣域在液面上產生了微小的阻尼效應，而動網格案例中不存在空氣域，并且液面只“看見”流體表面上氣壓恒定不變。換句話說，動網格案例中的自由液面不必移動空氣，并且可以利用這種能量使水波更高，表面波動更大。
使用兩相流動網格接口（左）和相場方法（右）計算得到的不同時間下的自由液面形狀和速度場。
下方動畫展示了利用動網格方法求得的動態(tài)自由液面，我們可以將它與上一篇中只用相場法生成的動畫作比較。可以清晰地看到，與相場動畫相比，自由液面的波動幅度更大，反應也更快。這可能是因為動網格中沒有空氣域，而水平集和相場方法中的空氣域會阻礙自由液面運動。
利用動網格方法獲得的自由液面動畫。
我們還可以將默認的自由液面動網格功能與兩相流動網格 接口進行比較，后者能夠分析液相和氣相的流場。可以看到，不管是包含兩相的動網格，還是相場法，流場和速度矢量的大小都非常相似。對于三種情況（動網格、相場及包含兩相的動網格），自由液面的形狀均相似，但是在此例中，兩個動網格案例所對應的形狀更加相似。
展開 自由液面建模
通過下圖中的示例問題，我們將演示如何在 COMSOL Multiphysics 中利用水平集和相場法進行自由液面建模。
實心條一半浸沒在小型管道內的水中。沿與水面相切的方向來回移動實心條，使水面產生柔和的波浪。為了保持層流狀態(tài)，管道和實心條的尺寸必須足夠小。
示例問題的幾何結構和定義。
在此例中，我們利用動網格功能指定小方形條在水面上反復運動。不過，在水平集和相場法中，網格不會隨液體表面移動。
下面是關于在 COMSOL Multiphysics 中創(chuàng)建模型的幾點備注：
添加重力作為動量方程的源
添加參考壓力和壓力約束點
為了方便比較結果，對壁應用 Navier 滑移條件，并使滑移長度等于單元長度
水平集與相場法的仿真結果
下方的結果圖顯示了 0.07 秒、0.57 秒和 1.0秒的流場和水面形狀。兩種方法在各個時間點上的流線和水面形狀均大致相同。最大速度和水面高度稍有差異，原因可能在于兩種方法處理表面張力的不同方式。
再經過一段時間，流線也出現(xiàn)了差別，例如 t = 1.0 s 秒時的回流區(qū)。通過相場法得到的液面相對更加平靜。水平集方法利用基于水平集函數(shù)的梯度獲得的表面曲率來計算表面張力。所以，與相場法中更加平滑的力相比，水平集方法得到的表面力更“尖銳”。
從上至下依次為：0.07 秒、0.57 秒和 1.0 秒后水平集（左）和相場（右）方法得到的結果。
水平集和相場法還能計算自由液面上的空氣域流場。從圖片中可以看出，長方形條的運動在整個相界面上方引起了持續(xù)顯著變化的流場。
利用相場法計算 0.57 秒后水域和空氣域內的流場。
如果增強攪動能使液面運動更劇烈，那么液面可能先破裂再合并，如下方動畫所示。
展開 傳統(tǒng)涂布法中彎液面的尺寸非常大，因此其前端會出現(xiàn)尺寸和取向不一致的成核點，這就造成了得到的陣列中晶體與晶體間取向和形貌不一致，表現(xiàn)為偏光顯微鏡中晶體的明暗差異。
(c) 通道限制的彎液面自組裝法的示意圖。圖中可以發(fā)現(xiàn)當用微米尺度的光刻膠通道時，彎液面的尺寸減小為微米級而其前端只有百納米級，只能形成一個晶核，所以得到的晶體的取向和形貌就會變的一致。
(d) 計算流體動力學仿真結果證實了微米尺度的光刻膠通道可以有效地減少彎液面前端的尺寸。
(e) 通道內彎液面的顯微鏡照片及其示意圖。
(f) 求解Navier-Stokes方程得出彎液面中前端對流速度最大。表明前端會優(yōu)先聚集有機分子提前達到過飽和態(tài)，所以在此處優(yōu)先成核、結晶。
圖二：利用通道限制的彎液面自組裝法制備晶圓級有機半導體單晶陣列
(a) 晶圓級有機半導體單晶陣列生長的示意圖。
(b) 2英寸晶圓上的有機半導體單晶陣列的實物照片。
(c) 晶圓上有機半導體單晶陣列的偏光顯微鏡照片。
(d) 有機半導體單晶陣列的SEM照片。
(e) 有機半導體單晶的AFM表征結果。
(f) 2英寸晶圓上的有機半導體單晶寬度和厚度的統(tǒng)計。
圖三：有機半導體單晶陣列晶體質量的表征
(a-c) 有機半導體單晶陣列的同步輻射掠入射X射線衍射表征結果。
(d, e) 基底不同區(qū)域有機半導體單晶的TEM表征結果。
(f) 有機半導體單晶的高分辨AFM表征結果。
(g, h) 該方法得到的單晶晶胞結構與大單晶結構的對比。
展開 本文使用聲學模塊求解水箱內液面的晃蕩頻率。
1 建模
水箱內有水，模型如下圖所示：
2
材料參數(shù)
水的密度和聲速如下圖所示：
3 網格劃分
有限元模型如下圖所示：
4 分析設置
液面晃蕩頻率分析的設置如下：
5 分析結果
液面延著長邊晃蕩頻率結果如下：
6 對比理論解
根據前人的研究，液面晃蕩頻率計算公式如下：
根據水箱的幾何特征，公式計算結果如下：
驗證了仿真結果的正確：
近日，中國科學院理化技術研究所江雷院士、王京霞研究員團隊與北京航空航天大學化學學院霍利軍教授團隊合作開發(fā)了一種基于彎液面誘導成膜(Meniscus Assisted Coating)的光伏活性層制備技術，并選取了具有良好吸收光譜互補和電子能級匹配的聚合物給體PM6和聚合物受體PY-IT作為光活性層材料，所制備備的全聚合物太陽能電池效率為15.53%，高于傳統(tǒng)旋涂法制備的14.58%。相關活性層形貌表征及瞬態(tài)吸收光譜動力學分析表明，基于彎液面誘導成膜法制備的活性層具有更有序的分子堆積和更為良好的纖維互穿網絡結構，因此具有更高效的電荷轉移和輸運過程。
研究團隊結合成膜過程中的三相接觸線的移動和原位吸收光譜研究了不同溶液剪切速度條件下的三相接觸線形態(tài)和材料結晶動力學。結果表明，在剪切速率為2 mm/s時，三相接觸線保持了平直均勻的移動；且在該剪切速率下，活性層材料保持了較為合適的結晶速率和結晶性，從而獲得形貌上更均勻、具有更合適相分離尺寸和結晶性的活性層薄膜。
在此成膜機理的基礎上，研究團隊將該彎液面誘導成膜法有效拓展至1×1 cm器件制備(PCE>12%)和多種活性層薄膜制備，在PM6:Y6、PBDB-T:PY-IT、PM6:PYF-T-o體系均取得了15%以上的器件效率。
圖1.基于彎液面誘導成膜法的制備過程，活性層材料分子結構及性質，單組分薄膜結晶性表征。
圖2.基于彎液面誘導成膜法和旋涂法制備的全聚合物太陽能電池的器件性能及瞬態(tài)吸收光譜表征。
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時間：4月29日（星期三），15:30-16:30
內容簡介：
SPH（光滑粒子流體動力學）是一種拉格朗日無網格方法，Ansys SPH產品由于沒有網格約束的限制，在許多模擬場景中更加靈活，尤其擅長模擬復雜自由液面情景（如飛濺和噴淋）以及涉及運動物體的應用場景。
人眼通過睫狀肌改變晶狀體曲率來調制波前，液體透鏡通過電信號改變液面曲率來調制波前——原理不同，功能等價。而一旦液體透鏡與威睛的相位恢復算法閉環(huán)結合，便不僅是復現(xiàn)人眼，更是在動態(tài)響應速度、調節(jié)范圍、編碼自由度等多個維度上全面超越人眼。
2.5 算法層：相位恢復——從光強到真相的數(shù)學橋梁
相位恢復算法是威睛相位調制體系中不可分割的另一半。
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4/29 | Ansys SPH產品功能更新及仿真應用
講師簡介：
張琪 | Ansys高級應用工程師
主題簡介：SPH（光滑粒子流體動力學）是一種拉格朗日無網格方法，Ansys SPH產品由于沒有網格約束的限制，在許多模擬場景中更加靈活，尤其擅長模擬復雜自由液面情景（如飛濺和噴淋）以及涉及運動物體的應用場景。
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<p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/f13a02e25efe4f02b39bdb29d5398da5" width="1099"></p><p><strong>主題簡介：</strong>SPH（光滑粒子流體動力學）是一種拉格朗日無網格方法，Ansys SPH產品由于沒有網格約束的限制，在許多模擬場景中更加靈活，尤其擅長模擬復雜自由液面情景
FLOW-3D AM 的自由液面跟蹤算法和多物理場建模功能可高精度模擬鋪粉、熔池動力學、孔隙形成、滲透和擴散，分析和優(yōu)化工藝參數(shù)。
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豐富的物理模型庫：</p><p> · 多相流模型：VOF模型（用于自由液面，如沉沒深度影響）、歐拉-歐拉模型（用于氣液、液液分散）、拉格朗日顆粒模型（用于固液懸浮）。</p><p> · 湍流模型：提供多種RANS模型（如k-ε, k-ω SST）、DES和LES模型，用于精確模擬湍流結構。
