模擬流動
關注創建者：ACMT協會 創建時間：2023-08-03
模擬流動的視頻教程
COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
課程為主要介紹Comsol軟件模擬心血管支架的擴張模擬，主要對支架擴張前后，血液流動分析，針對擴張前進行堵塞血管的流固耦合模擬和支架擴張后血管的流固耦合分析，收費內容包含四個文件，分別為堵塞血管的層流模擬文件、堵塞血管的支架擴張過程模擬文件、對擴張后的模型進行導出并重新劃分網格并對其血液流動進行模擬，三個仿真模擬文件（包含結果）和視頻中演示PPT。
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模擬流動的實例教程
2.1.問題描述
本次研究擬采用LJ體系模擬二維Couette flow，Couette flow（庫愛特流）指的是粘性流體在相對運動著的兩平行平板之間的層流流動。這個流動是由作用在流體上的粘性力和與平板平行的外部壓力推動的。本次研究通過固定底端，移動頂端來制造Couette flow。
2.2.模型描述
具體模型如圖2.1所示。本次模擬采用LJ約化單位，初始晶體模型為六方最密堆積結構，晶格參數為0.7，沿x（100）方向為20倍晶格長度，y方向（010）為20倍晶格長度。此次模型為2維模型，x為流動方向，因此設置為周期性邊界。y方向采用收縮邊界，以模擬平板移動。采用OVTIO進行模型可視化處理。在模擬流動前先設置流動區域和平板區域。具體方式為采用velocity和fix setforce命令固定底端和頂端1倍晶格長度的區域作為平板。對中間的流體區域采用速度標定法進行控溫。在進行流動模擬時，為頂端的固定區域設置沿x方向的初速度為5.0，其他方向速度為0。底端繼續保持固定。流動模擬一共運行100000步。
圖2.1：模型示意圖
2.3結果整理與分析
圖2.2展示了在初始1000步，50000步和100000步時流體原子沿著y方向的x方向速度（vx）的分布情況。從圖中可以看出有平板與流體之間粘性力帶起的流體運動存在著明顯的滯后現象。這樣的滯后體現在空間和時間尺度上。在空間尺度表現為從固定端到移動端存在著明顯的速度梯度。從時間尺度上表現為流體的速度隨著時間逐漸增加。同時還利用OVITO分析了沿y軸不同位置原子的移動軌跡，如圖2.3所示。這里也可以清楚的看的靠近頂端移動平板的原子在相同時間內有著更長的移動距離。
展開 許多工程應用問題都涉及流體流動，譬如取代風洞實驗的經典 CFD ，電子設備冷卻，以及化工領域中由流體輸送反應物等，都必須考慮流動問題。COMSOL Multiphysics 提供了專用的接口可以模擬各種流動類型。COMSOL Multiphysics 提供了專用的接口可以模擬各種流動類型。那么，什么時候應該使用層流或湍流接口呢？
“千禧年大獎難題”之一：理解流動的本質
流動本身非常復雜，求解控制方程——納維-斯托克斯方程在數值上具有一定的挑戰性。
據報道，英國應用數學家 Horace Lamb 曾經說過：“我現在是個老人了，當我死后上了天堂，有兩件事我希望能得到啟發。一個是量子電動力學，另一個是流體的湍流運動。而對于前者，我真的相當樂觀。”
也許他很幸運，在天堂也得到了后一個問題的答案，但在地球上，這仍是一個克雷數學研究所的千禧年大獎難題。如果您能證明納維-斯托克斯方程在三個維度上有解并且該解沒有奇點，就可以獲得 100 萬美元的獎勵。這個證明將幫助我們理解湍流的本質，這仍然是 CFD 的最大挑戰。
當然，大自然總是有答案的。在天空中的云層、大海中的波浪和鍋中的沸水中我們都可以找到湍流現象。但是，我們還是希望為我們的應用找到一個數值解從而預測和優化這些現象。COMSOL Multiphysics 軟件包含許多接口，可以求解從納維-斯托克斯方程導出的方程，并且適用于不同的流動情況。
在這篇文章中，我們將說明 層流 和湍流 接口適用于描述的具有不同特性的流動類型。
流動的表征
在選擇了維度之后，模擬流動首先要考慮的是：是否需要考慮溫度變化。這決定了您是選擇 非等溫流動 接口求解納維-斯托克斯方程和傳熱方程，還是可以忽略溫度變化而只求解納維-斯托克斯方程。這聽起來很容易。但要決定現在是否需要選擇一個湍流接口，或者層流方法是否足夠并不容易。
展開 教程內容實現以下模塊：
（1）圖像分割，構建三維數字巖心
（2）孔隙吼道分析，構建孔隙網絡模型
（3）單向流動模擬和fluent多相流動模擬
（4）力學加載變形模擬分析
附帶安裝包（2019）
本案例為COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
主要對支架擴張前后，血液流動分析，針對擴張前進行堵塞血管的流固耦合模擬和支架擴張后血管的流固耦合分析，收費內容包含四個文件，分別為堵塞血管的層流模擬文件、堵塞血管的支架擴張過程模擬文件、對擴張后的模型進行導出并重新劃分網格并對其血液流動進行模擬，三個仿真模擬文件（包含結果）和PPT。
注：本案例和另一視頻課程內容一樣。
圖一付費案列
圖二 支架擴張后的血液流動分析
圖三 支架擴張前的血液流動分析
圖四 支架擴張及血管壁變形情況
編輯
圖五 支架及血管網格劃分
展開 所選擇的湍流模型
在該案例中選擇4個RANS模型，所選擇的湍流模型和模型相應的特征說明如下：
realizable k-ε model + all y+ treatment（默認模型）
法向應力為正，這意味著這個模型滿足在雷諾應力上的特定數學約束，與物理湍流流動一致。
與標準k-ε應用于平面流動和圓孔噴射相比，該模型的邊界層在強的逆壓梯度或流動分離下的仿真性能有所改善。
elliptic blending k-ε model + all y+ treatment
使用額外的方程來求解壁面影響。
適合于捕捉曲率的影響。
k-ω SST model + all y+ treatment
在壁面處直接使用k-，而在遠場使用混合的k-。
能更好的模擬流動分離和再附著。
不適合于模擬復雜內部流動。
elliptic blending RSM model + all y+ treatment
能夠捕捉曲率的影響和雷諾應力的各相異性。
不同湍流模型的影響和計算代價如下圖所示：
湍流模型總結
4.
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到課程結束時，您將深入理解：
拉格朗日粒子追蹤在CFD中如何工作
粒子如何在不同耦合機制下與流體流動相互作用
如何模擬稀薄和密集粒子系統
如何配置和運行高級OpenFOAM求解器
如何解讀和分析含粒子流動模擬
更重要的是，您將獲得處理復雜多相問題并設計適合特定應用的自己的模擬的信心。
計算流體力學基礎課程-中文字幕24天前
課程描述
計算流體力學（CFD）是工程領域最強大的工具之一，用于模擬流體流動、傳熱、混合、空氣動力學、燃燒以及許多真實世界的過程。然而，許多學生和專業人士試圖直接通過軟件學習CFD，而沒有首先理解其背后的控制方程。
本課程旨在通過清晰、可視化和直觀的方式從基本原理教授CFD來解決這個問題。
如何提高模擬分析的準確性-網格篇1個月前
例如，同一個產品模型，如果采用不同的網格類型，分析結果有較大差異
由于 Beam 單元和 3D 網格，能夠考慮壁厚側邊的熱量散失，所以模擬的流動模式，與實驗的結果更為一致。
當真實世界的實驗數據昂貴且稀缺時，通曉物理規律的CAE軟件能精準模擬流體流動的復雜軌跡、結構件在極端工況下的變形。
這些嚴格基于數學物理公式生成的海量仿真數據，將填補文字數據耗盡后的空白，為AI理解物理世界提供全新的“教科書”。
技術方案：
LBM（格子玻爾茲曼方法）求解器：基于微觀粒子模型，將流體空間離散為規則的格子結構，通過跟蹤流體粒子在格子間的碰撞和遷移來模擬流體流動。
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800M，英文視頻，中文字幕，帶案例文件
船舶螺旋槳流動模擬5個月前
船舶螺旋槳流動模擬Flow-Simulation-Ship-Propeller.cfx
船舶需要推力才能前進，這可以通過旋轉船體后方的螺旋槳產生。傳統上，預測螺旋槳推力和扭矩需要進行模型試驗，但這耗時費力，需要人力和空間，而且成本高昂。相比之下，流體動力學設計可以采用流體動力學模擬，因為它能相對節省時間、人力和空間。
在設置時，將二次函數一次項和二次項系數，分別以粘性阻力和慣性阻力系數輸入，即可用規則的多孔介質域模擬復雜結構的流動及換熱。
多孔介質無法模擬流動細節，但能相當準確地模擬整體流動特征。比如計算總流阻、計算總換熱量，用微觀細節的犧牲換宏觀尺度的快速求解。
AICFD的幫助文檔中，就有汽車熱交換器的多孔介質模擬案例，歡迎到天洑官網下載，安裝體驗。
它通過數值模擬血液流動的動力學特征如，流速、壓力、剪切應力等，結合患者的影像數據重建個性化血管模型，為理解心血管疾病的發病機制、優化診療方案提供了量化依據。以下是其核心應用場景及解決的問題：
1、動脈粥樣硬化的機制研究與風險預測
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等疾病的核心病因，其斑塊易在血管分叉、彎曲處，如頸動脈分叉、冠狀動脈左前降支的形成，而血流動力學異常是關鍵誘因。
