氣泡模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-22
氣泡模擬的視頻教程
Fluent模擬疏水性側壁氣泡產生、上升、聚并破碎等問題
氣泡或粒子流動問題在實際工況中非常普遍，例如鼓泡塔、流化床、燃料電池等領域對此類問題研究較多，因此在工程上，能夠運用數值方法有效模擬氣泡或粒子流動等問題變得十分有意義。此案例利用VOF模型來模擬氣泡生成上升聚并等問題，屬于多相流中的氣液兩相流問題，主要講解氣泡脫離壁面的主要設置以及Fluent操作流程。
￥25 32分鐘 194播放
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基于OpenRadioss的近水面水下爆炸氣泡脈動數值模擬
自從Radioss開源以來，用OpenRadioss替代傳統商業軟件（LS-dyna，Abaqus等）以進行爆炸方面等國防軍工方面的研究，是一項非常有意義的工作。本文利用OpenRadioss精確復現了一個近水面的水下爆炸過程，與實驗以及理論對照良好。研究過程不易，經過了許多摸索才順利實現，在Hypermesh中的設置過程已經仔細清晰的錄制在課程視頻中，可以少走彎路。
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PBM模型講解（基于PBM模型的氣泡破碎與聚并模擬）
PBM模型講解，fluent氣泡破碎和聚并設置流程； 3. fluent后處理過程； 4.提供源文件與答疑過程；
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氣泡模擬的實例教程
注：此案例適用于初級學者，高手請繞道吧
兩相流是fluent中比較常用的一中應用，本案例模擬一個氣泡在液體中，由于浮力的作用，自己上升，獲取瞬態的這一現象
具體的結果如下圖所示
新手對于案例中理解起比較困難，簡單描述如下：
模型直接建立為一個2D平面即可，不需要單獨劃分氣泡和空氣及液體
將平面設置為混合材料，然后進行初始化，全部設置混合材料的的空氣組份
通過region方法，將平面中下方水的部分切割出來，通過patch賦予水的材料
同樣方法，將氣泡切割出來，通過patch賦予空氣的材料
設置求解步數和保存的頻率，求解即可
不同時刻氣泡位置的結果如下
不同時刻的速度過程如下所示
展開 本例使用歐拉多相流配合PBM模型模擬氣泡在流動過程中的破碎及凝聚現象。
1、模型描述
計算域幾何如圖1所示。采用如圖所示的圓柱形容器。氣泡從底部inlet入口進入，從outlet出口流出。幾何尺寸如圖所示。由于本例的軸對稱特征，因此采用軸對稱模型。注意：FLUENT的2D軸對稱模型要求對稱軸為x軸。計算域模型如圖2所示。Axis沿著x軸方向，后邊的重力加速度即沿著x軸負方向。劃分網格，生成msh文件。
圖1 幾何模型
圖2 計算域模型
2、導入網格
打開Fluent 14.0，讀入上一步生成的msh文件。Scale計算域，檢查是否在正確的尺寸上。選擇[Transient]模擬，設置重力方向x軸負方向，并且設置2D Space為Axisymmetric。如圖3所示。
圖3 基本設置
3、選擇模型
激活PBM模型需要通過TUI命令。在TUI窗口中輸入define/models/addon-module，然后輸入yes回車即可激活PBM模型。
多相流模型選擇Eulerian模型，歐拉相數量為2。如圖4所示。
圖4 多相流模型
湍流模型選擇標準k-e模型，標準壁面函數。湍流多相流模型采用mixture，如圖5所示。
圖5 湍流模型
雙擊models中的population balance模型，選擇discrete，進入圖6所示對話框，進行如圖所示設置。
圖6 PBM設置
具體含義可以參考fluent PBM手冊，這里簡要的說明一下。
Kv為增長因子，geometric ratio為幾何對數方法，與后面的ratio exponent相對應。
Bins為直徑的數量，這里共有6組直徑氣泡，最小直徑0.001191，最大直徑是根據kv及ratio計算出來的。
展開 本例使用歐拉多相流配合PBM模型模擬氣泡在流動過程中的破碎及凝聚現象。
1、模型描述
計算域幾何如圖1所示。采用如圖所示的圓柱形容器。氣泡從底部inlet入口進入，從outlet出口流出。幾何尺寸如圖所示。由于本例的軸對稱特征，因此采用軸對稱模型。注意：FLUENT的2D軸對稱模型要求對稱軸為x軸。計算域模型如圖2所示。Axis沿著x軸方向，后邊的重力加速度即沿著x軸負方向。劃分網格，生成msh文件。
圖1 幾何模型
圖2 計算域模型
2、導入網格
打開Fluent 14.0，讀入上一步生成的msh文件。Scale計算域，檢查是否在正確的尺寸上。選擇[Transient]模擬，設置重力方向x軸負方向，并且設置2D Space為Axisymmetric。如圖3所示。
圖3 基本設置
3、選擇模型
激活PBM模型需要通過TUI命令。在TUI窗口中輸入define/models/addon-module，然后輸入yes回車即可激活PBM模型。
多相流模型選擇Eulerian模型，歐拉相數量為2。如圖4所示。
圖4 多相流模型
湍流模型選擇標準k-e模型，標準壁面函數。湍流多相流模型采用mixture，如圖5所示。
圖5 湍流模型
雙擊models中的population balance模型，選擇discrete，進入圖6所示對話框，進行如圖所示設置。
圖6 PBM設置
具體含義可以參考fluent PBM手冊，這里簡要的說明一下。
Kv為增長因子，geometric ratio為幾何對數方法，與后面的ratio exponent相對應。
Bins為直徑的數量，這里共有6組直徑氣泡，最小直徑0.001191，最大直徑是根據kv及ratio計算出來的。
展開 V7.4 后處理求解與新氣體模型的簡介，分析量化氣泡質量
氣體跟蹤環游記
在使用模擬軟件的過程中，對于“氣孔”的分析，一直都是難點。
首先，氣泡的完整物理過程包括了：產生、成長、合并、分裂和消亡
工程師需要在金屬液流動過程中，一幀一幀地仔細尋找包卷的區域。但這樣還不行，因為隨著金屬液的填充，包卷區域會變得越來越小，等到小于一個網格大小的時候，包卷區域就會消失，氣泡不見了！其實氣泡還會跟著金屬液的流動，繼續運動的。
然后，比較常用的判據是Max. pressure，最大壓強，用這個指標，來過濾出氣體風險的區域。算是定性分析了。
在 Cast-Designer v7.4 中，開發出了后處理求解器，其核心價值就是在眾多的模擬結果中，重新把需要的數據分析一遍，替代了工程師一幀一幀去尋找的工作。也彌補了求解器無法計算出小于一個網格的氣孔的缺陷。
后處理求解器可以從氣體被金屬液包卷的那一瞬間開始跟蹤，就算是一個氣泡被沖散為兩個或者三個，又或者是由于金屬液的流動，兩個氣泡合并在一起了，都能被記錄并跟蹤到。而且能定量到氣體質量，單位為毫克。
另外，還可以考慮到初始氣體的溫度，膨脹和壓力的影響；還有真空環境下，氣體質量的減少；排氣道的位置和排氣效應。
下一期，我們再講一下，更多的應用，如何分辨表面氣孔，內部氣孔，連通性氣孔。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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展開 auth_key=1719158399-0-0-a31b2be8a9f036d55e25a1fbfefe0ff1&x-bce-process=image/auto-orient,o_1"></p><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(127, 127, 127);">圖7 氣泡重心位置隨時間的變化</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://bexp.135editor.com/files/users/1445/14451217/202406/Q9PPRGNH_WOTq.png?auth_key=1719158399-0-0-92e84979277633f527d2a00723e3aeac&x-bce-process=image/auto-orient,o_1"></p><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(127, 127, 127);">圖8 氣泡縱橫比隨時間的變化</span></p><p>由圖7可以看出，在氣泡產生到發生一段變形時，LS方法和VOF方法都可以很好地預測氣泡的重心位置，但隨著氣泡的繼續演化，VOF模擬得到的氣泡重心會不斷的偏離實驗值，而LS方法模擬得到的重心軌跡與實驗吻合較好。</p><p>氣泡的縱橫比是指氣泡的最大高度與最大寬度的比值，由圖7可以看出，在VOF方法中模擬得到的縱橫比會沿著實驗值震蕩，表現為模擬得到的氣泡會在軸向上產生周期性的膨脹和收縮，而這一現象是實驗觀察中不存在的，而LS方法可以很有效地捕捉氣泡演化時的形狀以及氣泡分離的時間。
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五十五、PBM模型參數詳細設置10個月前
></p><p>PBM模型的一些參數比較復雜，難以理清，本文單獨對PBM模型的重要參數設置進行的解釋，主要涉及到</p><p>數值離散方法的選取</p><p><br></p><p>顆粒/氣泡Bins的計算</p><p><br></p><p>幾何文件導入粒徑格式</p><p><br></p><p>邊界條件氣泡相體積分數boundary value</p><p><br></p><p>注：PBM模型可以模擬氣泡或者顆粒的流動
挑戰
? 氣泡形成的數量、大小與分布都取決于成型條件的設定，直接影響產品的質量
? 評估縫合線和包封問題，優化澆口數目和位置
? 產品的幾何設計有別于傳統射出制程，因此設計經驗無法直接套用
? 潛在的表面質量問題
Moldex3D解決方案
? 在熔膠注入到模穴后的充填階段就開始模擬氣泡成核與氣泡成長
? 計算氣泡大小、數目、密度分布、體積收縮等結果，評估產品減重比率
為了驗證LS方法和VOF方法對界面捕捉的效果，下面展示Albadawi文獻中采用這兩種方法計算模擬的氣泡變化過程，并與實驗進行了對比分析。在計算域底部中心一個小孔以恒定體積流率噴射氣泡，由于壓力、浮力和表面張力的共同作用，氣泡會經歷產生，變形和分離的過程。
‐ 確保產品質量（準確預測混合時間；管理產品在剪切下暴露的時間，例如防止微生物細胞損傷）
‐ 氧氣傳質和化學反應需要適當的混合程度（高效的氣體分布器可提高氣含率，從而改善傳質；混合速率控制反應的快慢【速率、選擇性和生產】）
‐ 渦旋，氣體在液相中的停留，氣相的短路
顯著的仿真復雜性
‐ 前面描述單相攪拌器遇到的問題相同
‐ 模擬氣泡，考慮不同的尺寸分布（氣泡的尺寸通過群平衡計算）
其密度與一個或多個分散相相近
歐拉–歐拉模型
適用于任何類型的多相流
可以處理任何類型的多相流，且氣體中有密集顆粒，例如流化床
歐拉–拉格朗日模型
適合包含相對較少（成千上萬，而不是數十億）的氣泡、液滴或懸浮顆粒流體
適合使用方程模擬的氣泡
在此我們不討論這個模型的方程，我個人對這個模型有一點評論：
歐拉歐拉模型相對于VOF模型非常便宜，在文獻中我見過模擬氣泡的如果采用VOF需要上千萬的網格，歐拉歐拉模型幾十萬網格就搞定；
歐拉歐拉模型界面力模型非常不完善，也就是方程中的。
聲學分析的功能與模擬氣泡載荷、流體的空化和有無海床對液體表面的影響等功能有機結合。
總結：
Abaqus/Standard 求解器是一個強大的通用求解器，可用于從靜態問題到動態問題的各種分析。而Abaqus/Explicit 求解器是一種更專業的工具，它特別適用于涉及復雜接觸的高度不連續的短期動態非線性情況，也適用于涉及材料失效和結構剛度突然變化的問題。
此時Han and Yoo模型就有所局限，而無法準確模擬出氣泡縮小的現象。
圖一 抽芯過程示意圖
為了改善舊有模型的不足，Moldex3D與日本金澤大學(Kanazawa University)合作開發出Modified Han and Yoo。由金澤大學Prof.
通過comsol的層流、相場以及傳熱模塊模擬水在沸騰時氣泡的形成以及水液相與氣相之間的轉化
附加一個水滴低落案例，同樣是層流以及相場模塊方便大家學習
案例需要comsol6.0及以上版本
案例一，水沸騰
案例二 水滴滴落
