浮力流
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-03-07
浮力流的視頻教程
hypermesh-dyna流固耦合--模擬靜水壓力、浮力、無板造波技術等
，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識
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浮力流的實例教程
課程結束后，學員將具備獨立搭建、運行及分析高級傳熱與浮力流仿真的能力，能夠優化求解器設置、處理多區域耦合問題，并在科研與工程應用中遵循 OpenFOAM 最佳實踐流程。
適用人群
1. 希望提升熱仿真與浮力驅動流仿真技能的工程師與科研人員。
2. 尋求通過 OpenFOAM 開展傳熱與多物理場耦合仿真實踐經驗的 CFD 從業者。
3. 機械工程、航空航天工程、化學工程或土木工程專業的學生，希望掌握熱傳導、熱對流、熱輻射及共軛傳熱的實用知識。
4. 從事熱管理、暖通空調（HVAC）、能源系統或流固耦合領域工作，計劃將 OpenFOAM 仿真技術應用于實際項目的專業人士。
5. 對多區域仿真、熱源項設置及有限面積法（FA）等高級數值方法感興趣的學習者。
6. 愿意通過分步學習掌握 OpenFOAM 工作流，并能夠復現、定制仿真算例的人群。
展開 很多燃燒裝置，例如火電廠鍋爐（圖1，圖2）、家庭中的壁爐（圖3），甚至是火鍋（圖4），都配有煙囪用于排放煙氣。
圖1 內蒙古托克托火電廠的煙囪。
（https://max.book118.com/html/2016/0509/42407472.shtm）
圖2 火電廠示意圖。
（http://www.electricaleasy.com/2015/08/thermal-power-plant.html）
圖3 家用壁爐及其煙囪的構造。
（http://heatshieldchimney.com/smoke-chamber-repair/）
圖4 滿族烏拉火鍋。有著很長很長的煙囪。（http://blog.sina.com.cn/s/blog_49bc95ac010007x8.html）
煙囪通常都做得很高。世界上最高的煙囪是哈薩克斯坦埃基巴斯圖茲GRES-2火電廠的煙囪，高達420米（圖5）。
圖5 哈薩克斯坦埃基巴斯圖茲GRES-2火電廠的煙囪高達420米，是世界上最高的煙囪。
（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GRES-2.jpg）
為什么煙囪要做得這么高呢？這是由煙囪的工作原理決定的（圖6）。我們知道，靜止流體中的壓強等于流體密度ρ、重力加速度g以及深度h三者的乘積：
p=p0+ρgh （1）
式中的p0為參考點（即h=0處）的壓強。
在煙囪頂部出口處，煙囪內、外的壓強是相等的。圖6中標出的數值是一個高度300m的煙囪的近似數值，在煙囪頂部出口處，壓強約為97kPa。以這個位置為參考點（即認為這個地方h=0），則p0=97kPa。如果從參考點向下移動，則壓強會增加，具體增加多少則按照公式（1
展開 1、*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
2、*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
3、*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
4、*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
5、方向向量的創建
6、流固耦合關鍵字
7、曲線的函數表示方式
8、S-ALE創建方法及關鍵字的使用
讓你掌握又一種方式的流固耦合分析，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識
1.
初次按照ICEM CFD例題4.3.1中生成網格時，沒有生成block，
只是先劃分面網格，后來extrude mesh，接著生成了一系列的Subsets，
導入CFX5.7時出錯：
ERROR
There was a problem importing the mesh from the requested file.
The importing process reported the following problem:
Unable to import mesh: Insufficient memory to 3D region.
后來用CFX 10.0 導入就沒有問題了，但CFX 5.7讀入CFX 10.0的定義文件*.cfx
時也出錯了：
ERROR
CCL validation failed with message:
Can't call method "allowAnyObject" on an undefined value
at C:\CFX\CFX-5.7\lib\ccl/CCL/Validate/Object.pm line 295.
WARNING
There was an inconsistency between the state of Pre
and the gtm database.
The following objects have been added:
/ASSEMBLY:Assembly
因此 CFX 10.0計算時應該注意。
同時CFX 10.0導入后沒有相應的面(2D_region可以用來生成邊界條件)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
2.
上面問題已經解決
在 ICEM CFD 中
展開 有學者從RSM出發，建立代數應力模型（Algebraic stress model，ASM）或稱為擴展模型，其包含以下幾點假設：
忽略分子擴散項和不考慮浮力流；
局部平衡：產生項=耗散項；
應力對流項與應力擴散項、湍動能對流項、湍動能擴散項差別不大。
在ASM中，雷諾應力是通過代數方程式而不是用微分方程來求解的，大大減少了計算工作量。代數方程可以用兩種方式考慮：
（1）假設應力微分方程中對流項與擴散項近似相等；
（2）雷諾應力的對流和擴散項正比于湍動能的對流與擴散項。
現以第一種簡化方式為例，給出ASM的代數應力方程：
ASM模型可以模擬出與浮力及旋流效應有關的各項異性湍流的基本特征，同時與RSM模型相比大大削減了方程數目，應用比RSM方便。與模型（僅需求解2個方程）相比，無論是ASM或RSM的計算量及計算復雜度都大大增加；并且，對每一種雷諾應力和通量分量也不易規定邊界條件；此外對于壓力應變項的模擬尚有爭議。上面的缺點就是雷諾應力模型迄今尚未廣泛應用的原因。
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理解傳熱學與浮力驅動流的基礎原理，涵蓋熱傳導、熱對流與熱輻射。
2. 運用 laplacianFoam 求解器在 OpenFOAM 中搭建并求解溫度擴散問題。
3. 基于布辛涅斯克近似法模擬浮力驅動不可壓縮流，分析由溫度梯度引發的渦旋結構。
4. 配置并運行基于 buoyantPimpleFoam 的可壓縮浮力流仿真，計入密度變化影響并求解完整能量方程。
這個結果驗證了CFD通用仿真軟件中的浮力驅動流模型和混合氣體模型，為后續計算奠定了良好的基礎。通過網格尺寸靈敏度試驗，得到了數值模擬的最佳參數和網格。最終計算結果顯示了空氣噴泉氣體分層破壞現象的過程。一開始，空氣直接注入到氣體分層區。注入后，流動由浮力和分子擴散驅動。6個位置的密度的最大相對誤差均小于3%，同時也驗證了CFD通用仿真軟件在模擬類似現象上的準確性。
1、*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
2、*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
3、*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
4、*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
5、方向向量的創建
6、流固耦合關鍵字
7、曲線的函數表示方式
8、S-ALE創建方法及關鍵字的使用
讓你掌握又一種方式的流固耦合分析
在整個橄欖油渣燃燒爐計算域中都將考慮不同組分的氣體因密度差異而產生的浮力驅動流。
現以第一種簡化方式為例，給出ASM的代數應力方程：
ASM模型可以模擬出與浮力及旋流效應有關的各項異性湍流的基本特征，同時與RSM模型相比大大削減了方程數目，應用比RSM方便。與模型（僅需求解2個方程）相比，無論是ASM或RSM的計算量及計算復雜度都大大增加；并且，對每一種雷諾應力和通量分量也不易規定邊界條件；此外對于壓力應變項的模擬尚有爭議。
但對強旋流動、浮力流、低Re流動等預測存在較大誤差，需要修正，這里不作展開。
重整化群模型（RNG）
前面模型的構造方法均是定性描述湍流特性，把脈動的效果看出一種附加的粘性作用，其比例系數通過實驗確定，這是以物理概念和實驗觀測為基礎。但是從基本湍流理論出發，通過數學推導，也可以得到類似結論，這就是RNG 模型。
再附著以及撞擊問題
對于低雷諾數問題，有較強壓力梯度和強體積力問題不適合
增強壁面處理
不依賴壁面法則，適用復雜流動，低雷諾數流動
網格要求密，計算量大
壁面函數也有不適用的場景：
（1）低雷諾數效應和近壁面效應（小縫出流、高粘性低速流動等）；
（2）通過壁面的大量沸騰；
（3）大壓力梯度下導致的邊界層分離；
（4）強體積力（旋轉圓盤附近的流動、浮力驅動流
很多燃燒裝置，例如火電廠鍋爐（圖1，圖2）、家庭中的壁爐（圖3），甚至是火鍋（圖4），都配有煙囪用于排放煙氣。
圖1 內蒙古托克托火電廠的煙囪。
（https://max.book118.com/html/2016/0509/42407472.shtm）
圖2 火電廠示意圖。
（http://www.electricaleasy.com/2015/08/thermal-power-plant.html
進行排煙CFD計算所采用的物理參數如下：
穩態計算
realizable k-epsilon湍流模型
多組分氣體模型
考慮重力及浮力驅動流
CFD分析步驟
CFD計算分析主要按照以下步驟進行：
步驟1：模擬工況包括16組方向和2組風速
步驟2：計算直升機甲板每種工況的排煙影響
步驟3：計算經過平臺的平均風速
步驟4：計算平臺上的風寒
步驟
CFX4完備的高級湍流模型使你可以獲得從旋流到浮力驅動流等最困難問題的答案。
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