氣泡模擬的案例
[案例分析]Fluent模擬氣泡的破碎與凝聚
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 fluent中兩相流模擬-氣泡上升 ￥19
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 FLUENT模擬氣泡的破碎與凝聚
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 CAE模擬分析-量化氣泡質量，氣泡跟蹤環游記
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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積鼎CFD界面追蹤方法Level Set與VOF在氣泡流動模擬的效果比較
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。
展開 水中上升的氣泡，使用 Fluent 軟件以二維方式模擬單個 3 毫米氣泡在水中上升的過程。包含 Fluent 案例文件 ￥10
使用 Fluent 軟件以二維方式模擬單個 3 毫米氣泡在水中上升的過程。包含 Fluent 案例文件。
FLUENT氣泡破碎與凝聚模擬
本教程演示了運用歐拉和群體平衡模型對氣泡破碎與凝聚過程的設置和求解。幾何模型為二維模型。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區創建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）依次右鍵選擇模型入口邊界和出口邊界，在彈出快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。
（3）設置網格尺寸為0.005m，Smoothing選擇High。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項，開始生成網格。
（5）網格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網格。
（6）執行主菜單File→Close Meshing命令，退出網格劃分界面，返回到Workbench主界面。
展開 基于comsol模擬沸騰水中氣泡的形成及移動 ￥50
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
充填模擬階段的穴蝕氣泡追蹤研究
前言
隨著鑄造模擬軟件的高可靠度、高效率以及準確性，越來越多的企業通過數值模擬解決缺陷問題，并且借助軟件提出鑄件工藝的改善方案。然而，盡管有越來越強大的計算機工作站，能夠處理上百萬網格的仿真數據，一旦缺陷尺寸小于網格或是接近網格尺寸，數值模擬就不容易發現問題。事實上，以常見的高壓鑄造（High Pressure Die Casting）工藝而言，如果以軟件進行模擬時，每當卷入空氣的尺寸小于網格尺寸，數值模擬就無法繼續追蹤該氣泡位置及相關信息。
因此，使用者多半僅能根據充填的最后位置以及卷氣信息，猜測可能發生氣泡的位置，這種方法太過粗略，而且對于最終氣泡移動位置也不易預測。
FLOW-3D CAST 與絕熱氣泡模型（Adiabatic bubble model）
FLOW-3D CAST 是針對各種鑄造工藝開發的軟件，其包含了能夠完整模擬鑄件以及模具的金屬流動-熱傳功能。FLOW-3D CAST 雖然可以提供追蹤金屬與空氣之間相互運動的流體動力學計算，在大部分狀況下使用者不需要這么強大的功能，原因在于當金屬快速充填模具時，卷入金屬的微小空氣相對于金屬與金屬之間的湍流卷氣相對較少，因此可以將計算資源放在金屬融湯的相對運動。
展開 ls-dyna水下爆炸沖擊波和氣泡脈動模擬
水下爆炸二維模擬
【應用研究】充填模擬階段的穴蝕氣泡追蹤研究
充填模擬階段的穴蝕氣泡追蹤研究
Raul. Pirovano, XC Engneering Srl
Stefano. Mascetti, XC Engneering Srl
前言
隨著鑄造模擬軟件的高可靠度、高效率以及準確性，越來越多的企業通過數值模擬解決缺陷問題，并且借助軟件提出鑄件工藝的改善方案。然而，盡管有越來越強大的計算機工作站，能夠處理上百萬網格的仿真數據，一旦缺陷尺寸小于網格或是接近網格尺寸，數值模擬就不容易發現問題。事實上，以常見的高壓鑄造（High Pressure Die Casting）工藝而言，如果以軟件進行模擬時，每當卷入空氣的尺寸小于網格尺寸，數值模擬就無法繼續追蹤該氣泡位置及相關信息。
因此，使用者多半僅能根據充填的最后位置以及卷氣信息，猜測可能發生氣泡的位置，這種方法太過粗略，而且對于最終氣泡移動位置也不易預測。
FLOW-3D CAST 與絕熱氣泡模型（Adiabatic bubble model）
FLOW-3D CAST 是針對各種鑄造工藝開發的軟件，其包含了能夠完整模擬鑄件以及模具的金屬流動-熱傳功能。FLOW-3D CAST 雖然可以提供追蹤金屬與空氣之間相互運動的流體動力學計算，在大部分狀況下使用者不需要這么強大的功能，原因在于當金屬快速充填模具時，卷入金屬的微小空氣相對于金屬與金屬之間的湍流卷氣相對較少，因此可以將計算資源放在金屬融湯的相對運動。換句話說，如果模具本身的排氣良好（完美排氣），強迫軟件進行相關運算追蹤反而會讓計算時間增加，導致額外的計算迭代誤差。
展開 
歐拉模擬流化床內氣泡形成過程與壓降 ￥9.9
歐拉模擬流化床內氣泡形成過程與壓降
case data mesh
ls-dyna模擬水下多點陣列式爆炸，沖擊波氣泡耦合效應 ￥20
ls-dyna模擬水下多點陣列式爆炸，沖擊波氣泡耦合效應
爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN工程動力分析及應用實例下載
圖5 水下爆炸對艦艇的結構沖擊
2、 氣泡脈動的模擬
有研究表明，爆炸沖擊波過后，爆炸產物形成的氣泡含有47％的能量，在周圍水介質的作用下膨脹和壓縮，產生滯后流和脈動壓力，對艦船縱向總體產生屈曲破壞和大變形，并引起低頻安裝設備的破壞。ANSYS AUTODYN的高階Euler求解器能精確地模擬氣泡的膨脹、壓縮和潰滅以及氣泡收縮形成的射流。
圖6 氣泡脈動時歷云圖
圖7 距爆心30cm測量點的壓力時歷曲線
ANSYS AUTODYN高精度的Euler求解器、豐富的材料模式、完全的Euler-Lagrange耦合算法、結果映射Remap技術、部件激活技術以及完善的并行求解技術等，極大地提高了水下爆炸數值模擬的精度和效率，從而贏得了眾多軍工用戶的好評。
下載地址：AUTODYN工程動力分析及應用實例
展開 爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN詳細實例教程文檔下載
圖5 水下爆炸對艦艇的結構沖擊
2、 氣泡脈動的模擬
有研究表明，爆炸沖擊波過后，爆炸產物形成的氣泡含有47％的能量，在周圍水介質的作用下膨脹和壓縮，產生滯后流和脈動壓力，對艦船縱向總體產生屈曲破壞和大變形，并引起低頻安裝設備的破壞。ANSYS AUTODYN的高階Euler求解器能精確地模擬氣泡的膨脹、壓縮和潰滅以及氣泡收縮形成的射流。
圖6 氣泡脈動時歷云圖
圖7 距爆心30cm測量點的壓力時歷曲線
ANSYS AUTODYN高精度的Euler求解器、豐富的材料模式、完全的Euler-Lagrange耦合算法、結果映射Remap技術、部件激活技術以及完善的并行求解技術等，極大地提高了水下爆炸數值模擬的精度和效率，從而贏得了眾多軍工用戶的好評。
下載地址：AUTODYN詳細實例教程
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