水流動的案例
使用Recurdyn和Particleworks軟件耦合分析技術模擬水流動試驗
本文驗證淋浴馬桶和淋浴噴頭的可重現性、廚房的水濺現象和廚房水槽中水的流動行為，并已經開始使用原型進行研究。
英文原文由Chiaki Miyazawa和Akiko Kondoh著。
日本最大的建筑和設備制造商驪住株式會社（LIXIL Corporation）的重要產品業務之一是浴室、廚房和廁所等水技術產品。在這些產品的研發中，LIXIL正在嘗試引入Particleworks，一種無網格多粒子模擬（MPS）計算流體力學（CFD）工具。
LIXIL先進核心技術部門的宮澤博士（Dr. Miyazawa）解釋說：“我主要負責CFD模擬和虛擬現實（VR）等數字技術領域。以前，我們主要使用有限體積法（FVM)）模擬工具進行氣流和水流分析，然而，由于FVM需要大量的計算資源，當需要評估許多小水滴時，比如淋浴，我就需要尋找一個合適的工具。
我找到Particleworks時，介紹它的關鍵詞是“液體飛濺”和“混合”。于是，我開始了一項Particleworks的試驗。目前，我們正在驗證淋浴馬桶和淋浴噴頭的可重現性、廚房的水濺現象和廚房水槽中水的流動行為，并已經開始使用原型進行研究。”
展開 使用Recurdyn和Particleworks軟件耦合分析技術模擬水流動試驗
LIXIL新產品推出了“尼亞加拉水流設計”，水槽底部從左右邊緣向中心傾斜，防止水流擴散，并平穩地向下流動，從而水槽的任何角落均可實現有效排水。Particleworks可用于評估水槽新設計的有效性。廚房水槽的設計是在大量假設的基礎上進行測試評估的，包括如何沖洗殘渣。
在Particleworks模擬中，我們首先嘗試仿真有規律分布（等間隔放置）的殘渣流動行為，淋浴噴頭模擬是通過Particleworks與RecurDyn耦合來執行詳細的不同設置，與之不同的是這次是使用Particleworks函數來設置供水條件。
圖4：常規型（左）和尼亞加拉水流型（右）孔的水流模擬
最初模擬顯示
最初的模擬顯示，與測試相比，水流動得更快，排水量更多，擴散量更少，殘渣在不合規律地流動。因此，我們在一個簡單的水槽形狀上進行了試驗，將試驗結果與模擬結果結合，獲得合適的參數。在實際現象中，會有一層水膜滲透到殘渣下面并包圍它，使其流動性更強。
Particleworks計算中
在Particleworks的計算中，粒子不像實際中那樣容易滲透到殘渣下面。該問題雖然可以通過粒子變小來解決，但也需要大量的計算。
縮短模擬時間
為了減少計算量，我們將模擬時間縮短到一天以內，并對粒子進行一定的放大。然而，這會導致一些與實際現象的差異。因此，我們幾次嘗試調整摩擦力參數來近似顆粒的行為。
展開 暖通空調系統水泵的使用與選型,總結很到位
②局部阻力：水流動時遇到彎頭、三通及其他配件時，因摩擦及渦流耗能而產生的局部阻力計算公式為：Hd＝ζ×(ρ×V2/2) 式中ζ——局部阻力系數， V——水流速，m/s。
③水管總阻力：水流動總阻力H（Pa）包括沿程阻力Hf和局部阻力Hd，即：H=Hf＋Hd。
【CAE案例】基于二維水動力模型的密度驅動流模擬
這些算例的計算都將在通用水動力仿真軟件里進行。
圖 1 河流入海口處的鹽度空間變化示意圖
02 測試算例及結果討論
每個算例都選擇了四個工況進行計算，分別是：
A. 忽略擴散，只考慮水平方向上的密度差異的靜止水
B. 忽略水平方向上的密度差異，只考慮擴散的靜止水
C. 同時考慮擴散和水平方向上的密度差異的靜止水
D. 同時考慮擴散和水平方向上的密度差異的流動水
通過這四個工況的計算，我們可以評估密度差異對結果的影響，并與擴散帶來的影響進行對比。在尼羅河入海口算例中，流動的水更符合真實情況，因此靜止水都將替換成流動水，只存在三個工況。
1. 矩形河道
矩形河道是橫截面為矩形，深5 m，寬200 m，長1000 m的河道。底部高程設置為0。整體網格由10 m的三角形網格構成，在中間區域進行了加密（與初始鹽度分布的設定相匹配），加密后的網格尺寸為4 m。節點數為3303，單元數為6344。
圖2 矩形河道的網格
該河道擁有兩個開放邊界。上游邊界在河流入流方向，為固定流量邊界，靜止水和流動水兩種情況下的流量分別是0和80 m3/s，該邊界上的鹽度為零。下游邊界在近海方向，為固定水位邊界，水位5 m，鹽度35 mg/l。曼寧摩擦系數選取0.022。粘度為0.001 m2/s。
在靠近下游邊界的一半區域內初始鹽度為35 mg/l，在另一半區域里與上游邊界的鹽度一致。時間步為5 s，仿真時長為100 days。
圖3 矩形河道算例的初始狀態鹽度分布
矩形河道算例的計算結果如圖4所示。對比工況A和工況B，可以發現擴散的影響要比密度驅動的小。進一步增加10 days的仿真時長，工況B（只有擴散）的鹽度分布幾乎沒有變化。
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基于二維水動力模型的密度驅動流模擬
這些算例的計算都將在通用水動力仿真軟件里進行。
圖 1 河流入海口處的鹽度空間變化示意圖
02 測試算例及結果討論
每個算例都選擇了四個工況進行計算，分別是：
A. 忽略擴散，只考慮水平方向上的密度差異的靜止水
B. 忽略水平方向上的密度差異，只考慮擴散的靜止水
C. 同時考慮擴散和水平方向上的密度差異的靜止水
D. 同時考慮擴散和水平方向上的密度差異的流動水
通過這四個工況的計算，我們可以評估密度差異對結果的影響，并與擴散帶來的影響進行對比。在尼羅河入海口算例中，流動的水更符合真實情況，因此靜止水都將替換成流動水，只存在三個工況。
1. 矩形河道
矩形河道是橫截面為矩形，深5 m，寬200 m，長1000 m的河道。底部高程設置為0。整體網格由10 m的三角形網格構成，在中間區域進行了加密（與初始鹽度分布的設定相匹配），加密后的網格尺寸為4 m。節點數為3303，單元數為6344。
圖2 矩形河道的網格
該河道擁有兩個開放邊界。上游邊界在河流入流方向，為固定流量邊界，靜止水和流動水兩種情況下的流量分別是0和80 m3/s，該邊界上的鹽度為零。下游邊界在近海方向，為固定水位邊界，水位5 m，鹽度35 mg/l。曼寧摩擦系數選取0.022。粘度為0.001 m2/s。
在靠近下游邊界的一半區域內初始鹽度為35 mg/l，在另一半區域里與上游邊界的鹽度一致。
展開 COMSOL中設置靜水壓力為初始地層壓力 ￥30
提供COMSOL地下水流動模塊設置靜水壓力為初始地層壓力的算例，具體案例在帖子后面。
[原創] ANSYS ICEM CFD與FLUENT聯合使用講解——空壓機冷卻水套CFD分
主持者：dopinshen
案例描述：空氣壓縮機缸蓋水套冷卻水流動CFD分析
求解目的：主要通過分析來了解冷卻液通過復雜結構（水套）時的流動情況，包括冷卻液壓力分布和流動速度。
模型簡介：提取的CFD模型如下，模型包含一個入口和一個出口，冷卻液為323K的水，進口速度為0.52m/s，進口直徑為16mm。（由于這是我們公司的一個項目，所以不能把模型發出來，請大家諒解）
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬
在溫度方程中考慮了相變對介質熱物理參數的影響及水流動引起的對流作用影響。然后利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics成功的求解該方程組通過算例與Lunardini的解析解進行了對比驗證數學模型的合理性。最后通過一個凍結壁算例計算了在水流和熱傳導作用下的凍融情況和溫度場的變化規律。結果表明溫度場對滲流場分布有一定的影響同樣滲流對凍融作用的影響顯著在凍融和滲流的作用下溫度場發生了明顯的變化。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬.pdf
FlowVison應用領域
汽車工業
汽車空氣動力學
熱管理，通風，空氣調節（HVAC）
發動機冷卻
燃燒室設計
氣體在汽缸和排氣系統中流動分析
航空
飛機，機翼，航空發動機的空氣動力學分析
噴氣推進器模擬
飛機起飛降落模擬
水上飛機
水上機身附近空氣和水流動模擬
飛機起飛降落在水上模擬
核能反應
核反應堆中熱和質量轉移模擬
熱和導電介質的計算
超音速應用
巡航導彈空氣動力學分析
火箭空氣動力學分析
火箭發動機空氣動力學分析
噴氣推進器對發射臺的影響模擬分析
船艦
船在水中的阻力分析
船的航行分析
螺旋槳的特性分析
渦輪機械
渦輪和泵的壓縮特性分析
渦輪機內部的聲壓和振動分析
發電機
爐膛內燃料的燃燒計算
燃料和空氣內混合模擬
進氣歧管內壓降計算
金屬鑄造
液態金屬填充分析
液態金屬凝固分析
醫學
心臟瓣膜模擬
洗眼過程模擬
鼻腔內氣流模擬
微電子
清潔室通風模擬
卡盤抓取芯片模擬
FlowVison特點：
1、支持所有的CAD格式(parsolid,UG,PRO/E,CATIA,STEP,IGES等)和CAE格式（ANSYS，NASTRAN,ABAQUS，VRML，STL等）的導入。
2、自動生成網格不需要手動劃分；
3、采用自適應網格技術和自適應求解技術
4、以VOF的方法處理二相流，Free Surface問題；
5、擅長處理流固耦合問題（Fluid-Structure-Interaction）；
6、 擅長處理流體上的移動物Moving Body問題
展開 為什么巖土工程解決方案會失敗
4 不可預見的地基條件：有時，在施工過程中可能會出現意外的地基條件，如隱藏的軟土層、意想不到的地下水流動或地下異常。這些條件可能挑戰設計階段所做的假設，并導致失敗。
5 不足的施工技術：即使是一個設計良好的結構，如果沒有正確施工，也可能會出現問題。不足的施工技術、質量控制不力或者未能按照設計規范進行施工都有可能影響項目的完整性。
6 環境因素：環境的變化，如地震活動、大雨或侵蝕，都會對巖土工程結構的穩定性產生重大影響。如果在設計中沒有充分考慮這些因素，可能會發生破壞。
7 施工期間的變更：在沒有進行適當工程評估的情況下進行的施工期間變更可能會破壞設計與實際施工之間的平衡。未經適當評估而進行的改動可能導致不穩定性。
8 缺乏監測和維護：巖土結構需要持續監測和維護，以確保其長期穩定性。忽視這一方面可能導致逐漸惡化和最終失效。
9 經濟壓力和時間限制：有時，經濟壓力或緊張的項目進度可能會導致設計質量或施工實踐上的妥協。為了節省時間或成本而采取捷徑可能增加失敗風險。
10 溝通與合作問題：所有參與項目的各方，包括巖土工程師、結構工程師、建筑師和承包商之間有效地溝通與合作至關重要。溝通不暢或缺乏協調可能導致設計執行中出現錯誤。
11 不足夠的安全系數：設計人員常常使用安全系數來考慮土壤行為中存在的不確定性和變化。如果這些因素設置得過低或未經適當校準，則設計可能無法提供足夠的安全余量。
12 缺乏應急計劃：巖土設計應該包含應對意外情況的應急計劃。如果未考慮潛在變化，項目可能在出現意外挑戰時容易失敗。
為了防止巖土工程設計失誤，必須進行徹底的現場調查，雇用合格且經驗豐富的巖土工程師，采用適當的分析技術，考慮潛在變化和環境因素，并保持對質量控制和持續監測的高度關注。
展開 流體力學解迷宮
這時，想到之前看過的一個視頻，用灌水的方式解迷宮，水從入口到出口可順利流出的路，就是迷宮的出路。看結果好像確實可以。
趕緊試一下。買了些泡棉雙面膠和一塊亞克力板。水流動的阻力太大了！根本留不下去！
換一種流體呢？比如煙。在這里！果然找到了出路，太不容易了，但如果每解一個迷宮，都做這么大一個工程，會累吐血。既然實驗繁瑣，仿真呀，實驗的平替，怎么能忘了自己的老本行！實驗不行，根本找不到出路！
咦，可以仿真呀，可以理想解決實驗中這些不完美的問題，怎么能忘了自己的老本行！
先用CAD軟件的圖像識別功能，生成迷宮的三維模型。然后離散化生成網格，導入AICFD軟件，設置讓空氣以一定速度流進去，開啟非穩態求解計算。
看空氣能不能自己找到出口，帶我們解開迷宮。下面就是見證奇跡的時刻。太神奇了！
有點被震撼到了！那如果更復雜的迷宮，它能不能解呢？
同樣的建模仿真流程，5分鐘輕松拿下！更復雜的，10分鐘輕松拿下！
我自己都忍不住給它點贊，太牛了！
后來進一步搜索，計算機行業也有一些解迷宮的程序、算法，比如深度優先算法，廣度優先算法，或者開始的那個視頻其實是洪水填充算法，同性交友網站GitHub上有類似代碼，計算機行業的有興趣可以試試。
再看流體力學解迷宮，雖然也是算法，解N-S方程的有限體積法，是遵循物理規律的，即流體總會往阻力最小的方向流動。至于計算機編程和流體仿真哪個方法解迷宮更合適，咱們不同學科，將來有機會可以切磋一下？
最后簡單拓展一下。剛才我們說的迷宮，都只有一條出路，對于有兩條甚至多條出路的呢？比如這一個。用AICFD計算之后，它果然能給出來兩條路線，而且阻力較小的一條，空氣流量還更大。
展開 
UltraLAB油藏數值模擬工作站
(一)油藏數值模擬簡介
油藏數值模擬是指利用計算機技軟件技術求解油藏數學模型，模擬地下油、氣、水流動，給出某時刻流體分布，以預測開發動態。數值模擬本質來說就是一種工具，通過時間步離散時間，以及網格離散空間，幫助我們計算和展現我們認識到或尚未認識到的機理和效果
（二）CMG油藏數值模擬計算特點
CMG先進的模擬技術，不斷開拓新領域-模擬簡單到復雜的提高采收率過程。通過結合簡易的模型創建工作流程，最先進的性能增強技術以及跨學科多重機理（例如，熱效應、地球化學、地質力學、流體相態、井筒、水力壓裂以及完井等）精確模擬提高采收率過程
CMG不僅提供傳統的黑油油藏模擬軟件，還提供復雜相態、組分以及包含化學反應和地質力學的熱采油藏模擬軟件。CMG油藏模擬軟件能夠用來模擬復雜油藏，多井以及不同操作條件，不同驅動類型的油藏，模擬比其他軟件更多的提高采收率過程。
展開 COMSOL主打的就是一個方式方法！
概括起來，電熱水壺工作涉及三個物理過程：工頻交流電的計算；電阻絲上的熱傳導和水中的對流傳熱計算，統稱為傳熱問題；由于熱分布不均勻引起的水的自然對流，這是一個流體問題，具體地說是非等溫流動問題。
第二問，這些物理過程是如何相互作用的?
我們認為水是不導電的，所以電阻上的電勢分布不會在水中產生漏電流。這樣水的流動或者溫度都不對水中的電流分布有任何影響，電流在水中都是零。同時，如果我們把電阻絲的電導率也定義為常數，這意味著我們假設溫度的分布也不會影響到電阻絲上的電流計算。這么說來，工頻交流電這個物理過程是獨立的，它單向地影響傳熱問題和自然對流過程，而傳熱問題和自然對流過程并不會對電流計算產生任何反作用。
我們再來看傳熱問題。電阻絲上的傳熱是個固體熱傳導過程，利用交流電場分析所獲得的熱源分布，我們只需給定熱導率、密度和熱容就可以獲得溫度的分布了。但是，水的影響還不能忽略，因為電阻絲與水之間存在熱交換。水中的傳熱是一個對流傳導過程，除了水的熱導率、熱容和密度，還必需考慮水的流動。而水的流動恰恰是因為溫度分布造成的密度差異引起的。溫度分布會影響流體的運動，流體的運動反過來也會影響溫度的分布。傳熱和流體場這個物理過程是相互雙向作用的。
第三間，我們可以如何求解?
交流電場是獨立的物理過程，可以先單獨求解。傳熱和流體場相互聯系緊密，必須同時考慮。
以上三問，對于任何多物理場問題都是適用的。這三個問題會引導我們把復雜的多物理場現象剖析成具體的模型，從而顯示出問題的本質。你注意到了嗎，在某些情況下，有些物理場與其他物理場的聯系是非常松散，甚至是獨立的，比如電熱水壺例子中假設材料沒有熱敏性的電場計算。而另外的一些物理場，比如本例中的傳熱過程和流體流動，它們的相互聯系非常緊密。
展開 分配器多相流仿真——歐拉模型和VOF
典型的應用包括預測射流破碎、流體中大泡的運動、決堤后水流動和氣液界面的穩態和 瞬態處理。FLUENT中VOF存在以下限制：
1）必須使用離散求解 器，VOF模型不能用于耦合求解器
2）所有的控制體積必須充滿 單一流體相或相的聯合，VOF模型不允許在那些空的區域沒有任何流體的存在。
3）只有一相是可壓縮的
4）周期流動（比質量流率或 比壓降）問題不能和VOF模型同時計算
5）組分混合和反應流動問題 不能和VOF模型同時計算
6）大渦模擬湍流模型不能用 于VOF模型
7）二階隱式的time- stepping不能用于VOF模型
8）VOF模型不能用于無粘 流
9）壁面殼傳到模型不能和 VOF模型同時計算
展開 國產CFD軟件VirtualFlow：超臨界流動傳熱模擬仿真，精準把握熱物性變化
4.總結
通過上述測試和對比分析，VirtualFlow軟件在超臨界流動傳熱模擬中的表現令人滿意。VirtualFlow提供了多種方法來準確表達超臨界流體的熱物性參數，包括直接插值方法、狀態方程和多項式擬合方法。這些方法能夠有效處理超臨界流體在擬臨界區域的復雜物性變化，確保模擬結果的準確性和可靠性。在實際應用中，VirtualFlow通過調用NIST物性庫，能夠便捷地實現超臨界流體熱物性的高精度插值計算。通過與商業軟件軟件的對比分析，VirtualFlow在超臨界水流動傳熱模擬中的結果與商業軟件高度一致，最大偏差僅為0.36%，驗證了VirtualFlow在處理超臨界工況下的流動傳熱問題時的適用性和準確性。
綜上所述，VirtualFlow軟件憑借其強大的物性處理能力和高效的數值計算性能，能夠為超臨界流動傳熱模擬提供可靠的解決方案，適用于能源、化工、航空航天等領域的復雜流動傳熱問題研究。
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