界面追蹤方法的案例
CFDPro顆粒流仿真 | 基于拉格朗日粒子追蹤方法，模擬復(fù)雜顆粒的流動(dòng)現(xiàn)象
渦輪葉片顆粒流仿真
案例二：重力塔液滴冷卻優(yōu)化
某化工廠采用重力塔進(jìn)行工藝液體的冷卻處理，通過ParticlePro模塊所采用的歐拉-拉格朗日顆粒追蹤模型以及可壓縮模型對(duì)重力塔中液滴過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，數(shù)值模擬過程中考慮了液滴換熱效果。
應(yīng)用該模擬模塊的拉格朗日粒子追蹤功能，模擬單個(gè)液滴在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，包括液滴在重力、浮力、阻力、湍流作用下的上升、碰撞、蒸發(fā)等過程。重點(diǎn)關(guān)注液滴在填料層間的分布、蒸發(fā)速率以及與氣流的熱交換效果。
借助該模擬模塊，該化工廠成功優(yōu)化了重力塔液滴冷卻過程，不僅提升了冷卻效率，還解決了塔底積液問題，確保了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
重力塔中的液滴過程
國產(chǎn)自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領(lǐng)先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，更加適用于復(fù)雜的工程計(jì)算模擬分析。
展開 積鼎CFD界面追蹤方法Level Set與VOF在氣泡流動(dòng)模擬的效果比較
<p>對(duì)于兩相流模擬，模型主要分為兩大類：高相分?jǐn)?shù)模型和界面捕捉類模型。當(dāng)我們關(guān)注水中的含氣量（氣泡界面及氣泡形狀可忽略），則采用高相分?jǐn)?shù)模型，此模型適用于氣泡特別多的流動(dòng)問題。對(duì)于有明確邊界的流體－流體問題，基本需要考慮如何捕捉邊界面。常用的界面捕捉模型包括LS（Level Set）方法和VOF（Volume of Fluid）方法。</p><p>多相流模擬軟件，首先就是針對(duì)此類有邊界面的問題。目前主流的商業(yè)CFD軟件大多采用VOF方法，而定位于多相流仿真的國產(chǎn)通用流體仿真軟件Virtualflow采用Level Set方法進(jìn)行界面流仿真。</p><p><br></p><h2>1、Level Set 方法</h2><p>Level Set方法是基于空間曲面的隱函數(shù)表達(dá)。</p><p>在LS方法中，每一個(gè)時(shí)間步都要重新初始化LS方程，在時(shí)刻tn 求得的LS函數(shù)與控制方程一起求解得到下一時(shí)刻的LS函數(shù)，這些初始化的過程中總伴隨著界面位置的移動(dòng)，會(huì)造成質(zhì)量損失，導(dǎo)致質(zhì)量不守恒。而改善初始化步驟來矯正質(zhì)量守恒又會(huì)增加計(jì)算時(shí)間，提升計(jì)算成本。同時(shí)，因?yàn)長S方法采用的是光滑的距離函數(shù)來捕捉相界面，各個(gè)物理量可以在界面上光滑連續(xù)地過渡，且相界面的捕捉效果好。</p><p><br></p><h2>2、VOF方法</h2><p>在VOF方法中，用來劃分兩相界面的函數(shù)是體積分?jǐn)?shù)α，表示的是單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的液體體積與這個(gè)網(wǎng)格總體積的比值。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://bexp.135editor.com/files/users/1445/14451217/202406/cWUkgG9x_DPHz.png?
展開 CFDPro發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真 | 實(shí)現(xiàn)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過程仿真
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</figure>
</div><p><br></p><ul><li class="ql-align-justify"><strong>霧化與蒸發(fā)：</strong>CFDPro采用Level Set界面追蹤方法，具有連續(xù)、可導(dǎo)特性，適合處理界面劇烈變形、破碎、聚并等問題；Level Set方法不做界面重構(gòu)，界面真實(shí)性高且計(jì)算量少。</li></ul><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/82700440d68649ba8ebed0c5fbfbe70a.webp" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/82700440d68649ba8ebed0c5fbfbe70a.webp" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/82700440d68649ba8ebed0c5fbfbe70a.webp?
展開 積鼎CFD發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真，實(shí)現(xiàn)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過程的流體仿真
國產(chǎn)自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領(lǐng)先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，更加適用于工程計(jì)算模擬，滿足航空、航天、船舶、兵器、能源等領(lǐng)域的流體仿真分析。
專業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模塊
CFDPro涵蓋了9大專業(yè)模塊。其中，CombustionPro為專業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬模塊,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、液體及固體發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部過程全流程模擬，可分析噴注器內(nèi)流動(dòng)、霧化特性、燃燒室燃燒、液膜冷卻與固體燃料燃面退移等問題，幫助客戶理解整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部過程。CombustionPro是基于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)邏輯而集成，降低了工程師使用門檔,提升了仿真效率。
功能特點(diǎn)
燃燒模型:提供包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、氣相湍流燃燒模型、EDC/EDM模型在內(nèi)的多種燃燒模型,兼具仿真精度與工程適用性:燃燒模型預(yù)留接口，便于新模型的植入。液膜模塊:具備壁面液膜流動(dòng)換熱模塊,可分析燃料射流對(duì)燃燒室高溫壁面的冷卻效果。
典型應(yīng)用領(lǐng)域
湍流燃燒全過程仿真:CFDPro實(shí)現(xiàn)冷態(tài)、流動(dòng)、點(diǎn)火、燃燒全過程的仿真分析;提供Cantera數(shù)據(jù)接口以復(fù)雜化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。同時(shí)，可提供定制化解決方案，如低馬赫數(shù)大渦模擬、超大渦模擬等。
霧化與蒸發(fā)：CFDPro采用Level Set界面追蹤方法，具有連續(xù)、可導(dǎo)特性，適合處理界面劇烈變形、破碎、聚并等問題；Level Set方法不做界面重構(gòu)，界面真實(shí)性高且計(jì)算量少。
上海積鼎信息科技有限公司（簡稱：積鼎科技）成立于2008年，是專注于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CFD軟件研發(fā)及技術(shù)服務(wù)的國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，致力于打造好用、易用的國產(chǎn)流體仿真軟件。
展開 
comsol中對(duì)于兩相流界面曲率的追蹤
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</div><p>結(jié)合液滴跌落的模型，根據(jù)幫助文件中界面曲率的公式</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/oN8n2CL4U143ksg5Z4td2.png"> </p><p>G 是化學(xué)勢</p><p>Sigma是表面張力</p><p><br></p><p>求解的結(jié)果如動(dòng)圖所示， 界面清晰，曲率實(shí)時(shí)變化。</p><p><br></p><p>最大曲率隨時(shí)間變化</p><p><img src="https://img.jishulink.com/images/202205/3Drk1LUZx7cYwSya35ojyX.png"></p><p><br></p><p><br></p>
展開 兩種實(shí)現(xiàn)追蹤單元的方法
<h3>1.修改inp</h3><div contenteditable="false" width="100%">
在*End part位置前加上三行命令：
</div><div contenteditable="false" width="100%">
*elcopy,oldset=true,newset=elcopy,element shift=10000,shift nodes=0 #shift=10000為復(fù)制的單元編號(hào)，需要大于原模型單元數(shù)
</div><div contenteditable="false" width="100%">
*elset,elset=elcopy
</div><div contenteditable="false" width="100%">
*Solid Section,elset=elcopy,material=追蹤單元材料
</div><p>可見<a href="https://www.bilibili.com/read/cv15706701/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">【ABAQUS學(xué)習(xí)】追蹤單元-elcopy用法 - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)</a></p><h3>2.GUI操作</h3><p>①重復(fù)導(dǎo)入兩個(gè)模型</p><p>②劃分網(wǎng)格、建立好集合后合并節(jié)點(diǎn)但不合并單元（remove duplicate elements）</p><p>③按照集合分別賦予真實(shí)材料與追蹤單元材料</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com
展開 積鼎CFD：基于Virtualflow在潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值仿真分析
</p><p><br></p><h2><strong>數(shù)值模型及參數(shù)設(shè)置</strong></h2><p>算例采用 <strong>RANS 湍流模型</strong>和<strong> Level Set 界面捕捉模型</strong>，精細(xì)地模擬了潰壩水流的復(fù)雜流動(dòng)細(xì)節(jié)，由于采用了 Level Set 界面追蹤方法，模擬結(jié)果能真實(shí)反映洪水界面的演變規(guī)律。與傳統(tǒng)此類問題仿真中常用的VOF界面追蹤方法相比，<strong>Level Set模型直接求解相交接面位置，在追蹤相交界面的計(jì)算方面具有更高精度。</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/1133dcd8b8ad46f8bd3db66ea108fd35.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/1133dcd8b8ad46f8bd3db66ea108fd35.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/1133dcd8b8ad46f8bd3db66ea108fd35.png?
展開 COMSOL-液滴撞擊 ￥50
主要用到的物理場是兩相流水平集，目前應(yīng)用比較廣的相界面追蹤方法主要有 VOF（volume of fluid）法、LBM（Lattice Boltzmann）法、PIC（Particle In Cell）法、MAC（Marker And Cell）法、Phase field 和 Level set 法等，具體優(yōu)缺點(diǎn)如表所示。流動(dòng)的計(jì)算域模型如圖所示，模型為2D，整個(gè)的流動(dòng)過程為等溫、層流及不可壓縮流動(dòng)。
S1：啟動(dòng) comsol 5.5
點(diǎn)擊模型向?qū)В诳臻g維度內(nèi)選擇二維；
展開流體流動(dòng)中多相流，選擇兩相流，水平集（層流）；
單擊包含相初始化的瞬態(tài)研究；
單擊完成。
S2：材料
從材料庫中添加水和空氣；
圓形區(qū)域定義為水計(jì)算域，其他為空氣域；
S3：層流
單擊層流，物理模型中選擇包含重力；
添加壓力點(diǎn)約束，在點(diǎn)選擇內(nèi)任取一點(diǎn)即可，并選擇靜水壓力補(bǔ)償；
展開 積鼎科技兩款國產(chǎn)流體仿真軟件入選《上海市工業(yè)軟件推廣目錄》！
多介質(zhì)多相流分析軟件是一款行業(yè)專用型計(jì)算流體力學(xué)軟件，采用Level Set界面追蹤方法，豐富的湍流模型、相變模型、疊加可配置的燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，使其更加適用于定制化需求較高的行業(yè)，諸如航空、航天、船舶、兵器等，進(jìn)行工程計(jì)算模擬。
積鼎科技，作為國產(chǎn)流體仿真領(lǐng)域的先行者，始終堅(jiān)持“創(chuàng)新”為核心驅(qū)動(dòng)力，不斷推動(dòng)技術(shù)和產(chǎn)品的革新升級(jí)。在場景應(yīng)用中，針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)難點(diǎn)提供“引領(lǐng)性”的解決方案，成功解決了一系列流體仿真領(lǐng)域的突出問題。同時(shí)，積鼎科技在積極推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用的深度“融合”，實(shí)現(xiàn)科研成果與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的對(duì)接，通過跨學(xué)科合作與資源共享，進(jìn)一步鞏固其專業(yè)性。
此次入選目錄，對(duì)積鼎而言既是榮譽(yù)也是責(zé)任。未來，積鼎科技將繼續(xù)秉持務(wù)實(shí)創(chuàng)新的精神，積極響應(yīng)國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，深化產(chǎn)學(xué)研用一體化合作，加快突破關(guān)鍵技術(shù)難題，持續(xù)拓展國產(chǎn)CFD軟件的應(yīng)用場景，力求在國內(nèi)外市場上樹立國產(chǎn)流體仿真軟件標(biāo)桿。
展開 流體仿真軟件VirtualFlow：Level-set在多相流模擬中的應(yīng)用
然而，傳統(tǒng)的單相流模擬方法顯然無法滿足多相流問題的需求，因?yàn)槎嘞嗔魃婕暗讲煌嘀g的復(fù)雜界面相互作用、相間傳熱傳質(zhì)以及拓?fù)渥兓痊F(xiàn)象。幸運(yùn)的是，Level-set方法作為一種有效的界面捕捉技術(shù)，為多相流的數(shù)值模擬提供了一種有力的工具，而上海積鼎信息科技有限公司自主研發(fā)的VirtualFlow軟件，正是基于這種先進(jìn)方法的專業(yè)多相流仿真軟件。
1 Level-set模型介紹
1.1 基本原理
界面追蹤方法通常用于兩種或多種不互溶流體的自由界面流動(dòng)（可以是液-液或者氣-液體系），流體之間由清晰的界面分隔，并且界面隨時(shí)間變化。界面追蹤/捕捉方法是一種通過追蹤某個(gè)場的變化來確定和追蹤界面的方法。該方法對(duì)整個(gè)計(jì)算域求解一個(gè)輸運(yùn)方程，然后把兩相流體視作具有變化物性的單一流體。這些物性的變化通過相標(biāo)記函數(shù)x(x,t)的輸運(yùn)來考慮
1.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢
（1）界面捕捉能力強(qiáng) ，Level-set方法能夠自然地處理復(fù)雜的界面變形和拓?fù)渥兓缫旱蔚姆至选⒑喜⒁约皻馀莸男纬珊推屏训龋瑹o需對(duì)界面進(jìn)行顯式的參數(shù)化處理，避免了在處理復(fù)雜界面問題時(shí)可能出現(xiàn)的網(wǎng)格扭曲和計(jì)算困難等問題。
（2）物理量計(jì)算準(zhǔn)確，通過光滑的Level-set函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)，可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算界面處的幾何量，如法向量、曲率等，從而能夠更精確地模擬表面張力等物理效應(yīng)，更好地反映多相流的實(shí)際物理過程。
2 水瓶注水VirtualFlow算例設(shè)置
2.1 軟件概述
VirtualFlow是由積鼎公司自主研發(fā)的一款專業(yè)的多相流仿真軟件，它基于Level-set方法等多種先進(jìn)的數(shù)值算法，能夠?qū)Χ喑叨取⒍嗔黧w的層流和湍流氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行精確的數(shù)值模擬，在工業(yè)領(lǐng)域的多相流問題研究和工程應(yīng)用中得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。
展開 ansys經(jīng)典界面與workbench之間相互數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的幾種方法
我們在實(shí)際處理工程問題或工作中會(huì)需要在ansys經(jīng)典界面和workbench之間進(jìn)行切換，這樣就經(jīng)常會(huì)需要在兩者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和轉(zhuǎn)換，這里整理了幾種常見的數(shù)據(jù)傳遞情況。
第一種情況：將workbench的計(jì)算文件導(dǎo)入到經(jīng)典界面后進(jìn)一步處理
方法一：
要將要將Ansys Workbench的結(jié)果文件保存成Ansys Classic經(jīng)典模式可以讀取的文件，可在求解模塊中Environment>Write input file，將文件保存為Ansys APDL命令流格式（.dat格式）
啟動(dòng)Ansys Mechanical APDL經(jīng)典模式，單擊菜單File - Read Input from，選擇上步中保存的APDL命令流.dat 格式文件打開，即可將模型導(dǎo)入到Ansys經(jīng)典模式中，如下圖所示。
方法二：
第一步：載入Mechanical APDL模塊
第二步：連線Setup到Analysis
第三步：Update一下workbench結(jié)果
第四步：Update一下APDL的Analysis
第五步：當(dāng)所有列表項(xiàng)都是√時(shí)，就可以在經(jīng)典界面打開模型和計(jì)算結(jié)果了。右鍵Analysis點(diǎn)擊Edit in Mechanical APDL，進(jìn)入經(jīng)典界面就可以了
第二種情況：經(jīng)典界面導(dǎo)入到workbench進(jìn)行處理
注意：
1、此方法
導(dǎo)入到workbench的只是模型和網(wǎng)格，材料以及約束加載情況，是沒有導(dǎo)入的
2、模型導(dǎo)入后，有時(shí)候會(huì)發(fā)生幾何模型合并，就是經(jīng)典界面里的兩個(gè)共面的，就是挨著的體，會(huì)合并成一個(gè)體，有時(shí)需要在workbench里修改模型，比如做切割等。
展開 
CAD界面比例調(diào)整方法
有時(shí)候，需要調(diào)整，CAD界面的比例，方便進(jìn)行相應(yīng)的操作，那么如何調(diào)節(jié)呢？
1.打開CAD，進(jìn)入CAD主界面
2.畫出將要修改比例的圖形。這里以長400mm，寬200mm的矩形為例
3.記住cad中修改比例的命令，scale(簡寫成sc)
4.在命令框中輸入sc，按回車鍵，如圖所示，cad會(huì)提示你選擇對(duì)象
5.選擇矩形，如下圖，我選擇矩形的一個(gè)頂點(diǎn)作為基點(diǎn)，我的比例因子輸入的是0.5（比例可自己感覺需要輸入）
6.然后就可以看到縮小后的界面了，說明已經(jīng)成功
《計(jì)算流體力學(xué)的若干新方法》
運(yùn)動(dòng)界面追蹤問題的數(shù)值方法篇
第十五章 VOF方法和運(yùn)動(dòng)界面的重構(gòu)方法
15. 1 流體體積函數(shù) VOF 方法
15. 2 流體體積方程的求解
15. 3 數(shù)值算例
15. 4 界面追蹤方法的應(yīng)用前景
第十六章 等值面 level set 函數(shù)方法
16. 1 level set方法概述
16. 2 求解level set方程
16. 3 重新初始化方程的求解
16. 4 物理量的控制方程的求解
參考文獻(xiàn)
附錄 四個(gè)求差分格式的modified PDE的MATHEMATICS程序
展開 將dynaform5.7后處理界面改為中文的方法
方法如下：搜索查找etapost.config文件（查到的都改），修改其中的配置，具體如下：
（1）Language Type = ENGLISH修改為Language Type = CHINESE；
（2）Unit Type(MM,INCH) =INCH，修改為Unit Type(MM,INCH) = MM。
CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內(nèi)部流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)過程，優(yōu)化熱傳輸性能
國產(chǎn)自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領(lǐng)先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，更加適用于工程計(jì)算模擬，滿足航空航天、船舶、兵器、能源、電子等領(lǐng)域的流體仿真分析。
