自由表面流動模擬的案例
COMSOL隨機參數化表面流體流動模擬
基于粗糙度表面的裂隙流研究對于理解地下水的流動、污染物傳輸以及與之相關的地質災害（如滑坡）等方面具有重要意義。本研究通過蒙特卡洛方法生成隨機表面形貌，并利用COMSOL Multiphysics對隨機參數化表面的微尺度流體流動進行模擬。
參數化表面模型采用CAD隨機粗糙度表面插件建立，插件可設置不同的表面起伏形態，以匹配相應的地形或研究不同表面參數下的流動特性。
在CAD內將模型截取表面部分，以sat格式導入到COMSOL內，完成三維隨機參數化表面幾何模型的建立。
在COMSOL內對模型劃分網格。
對模型設置邊界條件，使流體從模型左側流入，右側流出，計算并研究裂隙流體的流動特性。
展開 LS-DYNA中自適應ISPG方法的最新進展及其應用--回流焊、膠粘劑流動和涂層模擬
ISPG可有效地求解涉及強表面張力效應的自由表面流動問題，如回流焊，粘膠流動和壓縮成形等。ISPG基于完全隱式拉格朗日粒子伽遼金方法求解考慮液體粘度、表面張力和接觸角的Navier-Stokes方程，可精確地保持流體體積，能夠精確地模擬回流焊過程中焊球形狀形成的過程（考慮自由表面流、表面張力和附著力），研究回流焊工藝過程中可能出現的缺陷，如翹曲、橋接和虛焊等。
上圖中左一案例為具有強表面張力的自由表面的回流焊模擬，焊球在溫度影響下逐漸展現流體的性質，在接觸壁面時，其表面在表面附著力的作用下擴張，形成非常大的變形。由于使用的是不可壓的流體求解器，模擬過程中焊球的體積變化幾乎為零，說明ISPG方法在保持體積方面表現非常優秀。中間案例為由于熱膨脹引起PCB電路板翹曲中回流焊焊接的過程，在流體表面施加邊界條件進行流固耦合計算，模擬過程精確預測了每個焊球的變形過程。右一案例顯示了具有10,000個焊球的大型模型，該模型包含3200萬單元并使用320核CPU，基于全隱式計算，計算在2天內完成，展示了LS-DYNA ISPG計算大規模模型的強大能力。
ISPG方法的基本理論。作為一種流體求解器，ISPG以拉格朗日方式求解Navier-Stokes方程，同時加入流體的連續性方程和不可壓縮條件，通過動量守恒光滑算法，基于隱式求解得到相對應的壓力、速度和位移。
展開 LS-DYNA中自適應ISPG方法的最新進展及其應用--回流焊、膠粘劑流動和涂層模擬
ISPG可有效地求解涉及強表面張力效應的自由表面流動問題，如回流焊，粘膠流動和壓縮成形等。ISPG基于完全隱式拉格朗日粒子伽遼金方法求解考慮液體粘度、表面張力和接觸角的Navier-Stokes方程，可精確地保持流體體積，能夠精確地模擬回流焊過程中焊球形狀形成的過程（考慮自由表面流、表面張力和附著力），研究回流焊工藝過程中可能出現的缺陷，如翹曲、橋接和虛焊等。
上圖中左一案例為具有強表面張力的自由表面的回流焊模擬，焊球在溫度影響下逐漸展現流體的性質，在接觸壁面時，其表面在表面附著力的作用下擴張，形成非常大的變形。由于使用的是不可壓的流體求解器，模擬過程中焊球的體積變化幾乎為零，說明ISPG方法在保持體積方面表現非常優秀。中間案例為由于熱膨脹引起PCB電路板翹曲中回流焊焊接的過程，在流體表面施加邊界條件進行流固耦合計算，模擬過程精確預測了每個焊球的變形過程。右一案例顯示了具有10,000個焊球的大型模型，該模型包含3200萬單元并使用320核CPU，基于全隱式計算，計算在2天內完成，展示了LS-DYNA ISPG計算大規模模型的強大能力。
ISPG方法的基本理論。作為一種流體求解器，ISPG以拉格朗日方式求解Navier-Stokes方程，同時加入流體的連續性方程和不可壓縮條件，通過動量守恒光滑算法，基于隱式求解得到相對應的壓力、速度和位移。
展開 COMSOL自由與達西流動耦合 ￥39
模擬井中水與地層水的作用
沸騰流仿真（伴隨有相變化的自由表面流仿真）
在氣液二相流仿真中，有時會遇到對沸騰流作模擬。近年來，由于所使用電腦的飛速發展，有關混相流課題的流體解析模擬問題差不多都得以解決。即便如此，仍有一些復雜的混相流現象難以進行模擬。其中之一就是沸騰流。沸騰流雖然在熱交換器，冷卻系統等許多工業領域中有廣泛的應用，但其流動方式會隨液體與傳熱表面的溫度差等因素而發生變化，是一種復雜的流動。如果從微觀尺度來著手處理沸騰流問題，就必須對傳熱表面氣泡核的生成，及其隨后的發展，脫離等過程一一建立模型，目前尚缺乏普遍適用的模擬方法。因此，只能從宏觀途徑來加以考慮。
圖21.1中展示的是，通過自由表面流仿真中的VOF法來模擬沸騰流，對蒸發和冷凝（液化）這樣的相變化過程，用F值（即流體體積率）的增減來加以表示，從而建立模型。同時，還考慮潛熱的吸收和釋放，以及因氣液態密度差引起的體積的增減。上述諸量的變化，在局部區域取得平衡。在此假定的前提下，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Lee于1980年提出了有關蒸發和冷凝的一系列基礎方程式，從而建立起一個完整的模型。圖21.2就是Lee建立的模型，各個流體單元內的液體溫度若高于飽和溫度（即沸點）就蒸發，反之就液化。從這一假定出發，根據液體溫度與飽和溫度之間的差，同時考慮氣體與液體密度的不同，從而計算出相變化量的大小。
圖21.1 沸騰流的建模
圖21.2 Lee建立的模型
接下來，打算介紹這一章的模擬實例。作為第一個實例，首先來看一下圖21.3。在一個注了水的方形容器的底部加熱，我們來模擬從液相到氣相的相變化過程。圖中展示了VOF值為0.5的等值面。容器底部被加熱，產生了氣相（即氣泡），由于浮力的作用，氣泡徐徐上升，整個過程歷歷在目。
圖21.3 模擬實例之一：在容器底部加熱
另外，在氣相和液相之間的產生相變化時，物質的密度也隨之發生變化。
展開 案例分享 | 利用自由表面和動力學功能仿真分析巡航船的船姿
自由表面的計算采用VOF法，物體的運動利用動力學功能。通過船側有無鰭的兩種類型，用重量從重心位置移動時產生的橫向傾斜角的比較來評價船體航行穩定性。
仿真結果與實測的比較
圖1
圖2
圖1是重量向圖右移動時傾斜角的仿真結果與實驗的比
較。
圖中的基準位置是橫向傾斜角為0[deg] 的船體位置。
圖2是橫向傾斜角的仿真與實驗結果的比較。
從結果可
以確認鰭對船體姿勢起到的穩定作用，而且仿真與實驗的
結果基本吻合。
由粒子再現水滴的飛濺
通過流體體積率的輸送來捕捉自由表面的VOF 法，要表現水
面上飛濺的水滴是困難的。
本研究中，由波浪產生的水花以
質量粒子來再現。
圖中是從兩個方向觀察到的VOF 值為0.5
的界面與粒子飛濺的模樣，再現了VOF 法不能捕捉的水滴（粒
子）飛濺。
小結
利用
MSC Cradle仿真了小型船舶的航行姿勢，并對其航行穩定性做了考察。通過仿真確認了在船側設置鰭的效果，得到的橫向傾斜角與實測相吻合的結果。對于船體縱傾的穩定可以利用同樣的仿真方法。
（此
文由MSC Cradle技術部提供
）
展開 案例分享 | 利用自由表面和動力學功能仿真分析巡航船的船姿
自由表面的計算采用VOF法，物體的運動利用動力學功能。通過船側有無鰭的兩種類型，用重量從重心位置移動時產生的橫向傾斜角的比較來評價船體航行穩定性。
仿真結果與實測的比較
圖1
圖2
圖1是重量向圖右移動時傾斜角的仿真結果與實驗的比
較。
圖中的基準位置是橫向傾斜角為0[deg] 的船體位置。
圖2是橫向傾斜角的仿真與實驗結果的比較。
從結果可
以確認鰭對船體姿勢起到的穩定作用，而且仿真與實驗的
結果基本吻合。
由粒子再現水滴的飛濺
通過流體體積率的輸送來捕捉自由表面的VOF 法，要表現水
面上飛濺的水滴是困難的。
本研究中，由波浪產生的水花以
質量粒子來再現。
圖中是從兩個方向觀察到的VOF 值為0.5
的界面與粒子飛濺的模樣，再現了VOF 法不能捕捉的水滴（粒
子）飛濺。
小結
利用
MSC Cradle仿真了小型船舶的航行姿勢，并對其航行穩定性做了考察。通過仿真確認了在船側設置鰭的效果，得到的橫向傾斜角與實測相吻合的結果。對于船體縱傾的穩定可以利用同樣的仿真方法。
展開 模型庫中sloshing_tank自由面上通過邊界上的弱解形式施加表面張力
附件中兩個文件：一個是邊界上表面張力和接觸點潤濕的公式推導，還有一個就是改進后的sloshing_tank的例子，將原來的例子縮小了1000倍，以突顯表面張力的作用。
wetting_and_surface_tension.pdf
sloshing_small(1e-2)_reset.rar
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。 ￥224
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 重疊網格+6自由度(6DOF)模擬側風作用(低風速)下的圓柱自由落體 ￥30
重疊網格+6自由度(6DOF)模擬側風作用(低風速)下的圓柱自由落體
采用avizo實現三維數字巖心構建、流動模擬和應力加載模擬 ￥500
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）
CFX船舶螺旋槳流動模擬 ￥10
或者，流動模擬可用于流體動力學設計，因為它相對節省時間、人力和空間。在這個項目案例中，CFX模擬了船舶螺旋槳周圍的流動。
案例文件如下
船舶螺旋槳流動模擬 ￥5
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。本文模擬了船舶螺旋槳周圍的流體動力學流動。更多細節稍后奉上。模擬文件也已附上，可供下載。祝您使用愉快！
FLUENT離心泵流動模擬
本教程演示了如何使用滑動網格法模擬離心泵內部流場情況。
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）分別右鍵選擇泵體的出入口，在彈出的快捷菜單中選擇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）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，依次選擇Mesh→Insert→Sizing。在Geometry中選擇計算域中泵體區域，在Element Size中輸入3e-3。
（4）設置網格尺寸為4e-03m，在Quality中，Smoothing選擇High。
（5）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。
（6）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。
展開 模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 