撞擊壁面的案例
COMSOL液滴撞擊壁面仿真 ￥600
本篇文檔基于COMSOL軟件中的LEVEL SET模塊對液滴撞擊壁面的三種情形進行了仿真，分別是：1、液滴撞擊壁面變形后附著在壁面上；2、液滴撞擊壁面變形后發(fā)生反彈脫離壁面；3、液滴撞擊后在壁面發(fā)生鋪展。
效果展示如下：
三個模型分別考慮了撞擊壁面的不同特性，基于此模型后續(xù)可以作更加深入的研究和分析，如想詳細了解模型，請下載附件！也可以加我Q，歡迎交流
Fluent 模擬液滴撞擊壁面 3D ￥30
fluent 模擬mm級別液滴撞擊壁面
VOF 和level-set 方法
包括case 和 data 文件
droplet_on_surface.avi
基于LS-dyna模擬鈑金件撞擊壁面
基于LS-dyna模擬鈑金件撞擊壁面
教程目標：
熟悉接觸定義
了解怎樣設置時間步長
問題描述：
以速度為10m/s撞擊一個100X100X200的盒子模型，通過撞擊吸收的能量可以觀察在dyna中如何定義接觸算法，將盒子做成四分之一模型，邊界條件和尺寸如下圖所示：
材料屬性：
密度：7850kg/m3
楊氏模量：210GPa
泊松比：0.3
屈服極限：230Mpa
切線模量：500Mpa
材料設置：
設置鈑金的材料，點擊Model > Keywrd. MAT > 024-PIECEWISE_LINEAR_PLASTICTY，
設置運動墻的材料，將運動墻看做剛體，點擊MAT > 020-RIGID，CMO中選擇1，表示約束都在全局坐標系下進行的；CON1選擇5，表示約束Y和Z的平移方向；CON2選擇7表示約束所有旋轉方向。
設置單元屬性：
因為本例是殼單元，因此截面應是shell，點擊SECTION>SHELL，Title中填入crashbox，SHRF=0.8333，NIP=5，T1-T4=1.5表示殼單元的厚度是1.5mm，點擊accept，然后點擊NewID，改變Title為plate，改變厚度為2最后點擊accept，done。
賦予零件材料和截面：
點擊PART>PART，點擊對話框右上角，選擇零件并賦予對應的截面和材料。
設置運動參數(shù)：
點擊Model > Keywrd>DEFINE > CURVE，命名為velocity，在A1和O1分別輸入0，1，insert；1，1，insert，點擊Accept，done。
展開 水流噴射撞擊壁面的流場仿真 ￥500
<p>本案例模擬了一高速噴射流體撞擊到壁面過程的流場變化情況，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/fa1849b62e744e3f99c123e75db35e0e.gif" alt="Untitled22.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 
基于部分浸潤效應的歐拉壁膜流動形態(tài)演變模擬仿真
作者介紹了壁膜現(xiàn)象、歐拉壁膜模型與部分浸潤效應的內在機理，并依此建模進行案例測試分析，以此探索不同壁膜接觸角下與質量通量下壁膜形態(tài)演變規(guī)律的差異，希望可以啟發(fā)更多的思考探索。
介紹
壁膜廣泛存在于日常生活中，并且在工業(yè)生產(chǎn)中也扮演重要角色，如汽車車窗的除霧、冰箱設計、食品冷藏技術中冷凝壁膜的殺菌等應用。
壁膜是由液滴撞擊到固體壁面上形成的。液滴撞擊壁面后的情況有以下四種：
l 附著(stick)：液滴以很小的動能撞擊壁面并近似保持球形；
l 反彈(rebound)：液滴改變速度，相對完整地離開壁面；
l 鋪展(spread)：液滴以中等動能撞擊壁面并鋪展為壁膜；
l 飛濺(splash)：液滴的一部分留在壁膜中，另一部分以一些更小尺寸的小液滴離開壁面。
薄膜假設：壁膜厚度遠小于壁面的曲率半徑，壁膜在厚度上的屬性是一致的，且壁膜流動平行于壁面。
基于以上假設下的壁膜模型分為基于場的歐拉壁膜模型和基于粒子的拉格朗日壁膜模型。本文采用歐拉壁膜模型。
▲ 圖1. 壁膜模型示意圖
▲ 圖2. 液滴與壁面相互作用決策圖
歐拉壁膜的質量、動量、能量守恒
質量守恒
等式左邊：非穩(wěn)態(tài)項和對流項；
等式右邊：單位面積下的質量源項，如液滴收集、壁膜分離、壁膜脫落、相變等行為下，需更新壁膜質量源項。
展開 基于部分浸潤效應的歐拉壁膜流動形態(tài)演變模擬仿真
液滴撞擊壁面后的情況有以下四種：
■ 附著(stick)：液滴以很小的動能撞擊壁面并近似保持球形；
■ 反彈(rebound)：液滴改變速度，相對完整地離開壁面；
■ 鋪展(spread)：液滴以中等動能撞擊壁面并鋪展為壁膜；
■ 飛濺(splash)：液滴的一部分留在壁膜中，另一部分以一些更小尺寸的小液滴離開壁面。
薄膜假設：壁膜厚度遠小于壁面的曲率半徑，壁膜在厚度上的屬性是一致的，且壁膜流動平行于壁面。
基于以上假設下的壁膜模型分為基于場的歐拉壁膜模型和基于粒子的拉格朗日壁膜模型。本文采用歐拉壁膜模型。
▲ 圖1. 壁膜模型示意圖
▲ 圖2.
展開 流體多物理場數(shù)值計算軟件shonDy介紹
（3）可以模擬激烈晃蕩條件下，流體撞擊壁面產(chǎn)生的碎化和噴濺
傳統(tǒng)的有限體積法可以使用VOF模型跟蹤流體自由界面，但是自由界面的捕捉是需要相鄰的網(wǎng)格控制體的物理量進行計算得到，這一點限制了傳統(tǒng)方法對于濺射問題的模擬。因此傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法無法計算得到流體的噴濺液滴分布。shonDy軟件基于拉格朗日體系，離散的流體物質點單元隨著流體運動，在流體撞擊壁面的情況下，流體會出現(xiàn)碎化和濺射的效果。齒輪箱的飛濺潤滑模擬，以及高速艦艇船首海浪噴濺的模擬都會涉及到這種現(xiàn)象。使用shonDy可以輕松模擬齒輪箱潤滑油分布，以及船首海浪噴濺等現(xiàn)象。
高速艦艇船首海浪噴濺仿真
（4）流體和固體的壓力場在一個線性方程組內求解，從本質上實現(xiàn)了流固耦合
傳統(tǒng)CFD軟件的流固耦合計算多采用單向耦合方法，流場和結構力學的計算是兩個求解器完成，中間通過壓力和位移進行而邊界條件的傳遞。由于網(wǎng)格的存在，固體的一位或變形必須是在有限的范圍內，否則會造成網(wǎng)格變形過大計算發(fā)散。另外，傳統(tǒng)的CFD耦合計算中流體與固體之間的作用力與反作用力并不相等。shonDy軟件是將流體域和固體統(tǒng)一離散為粒子，由于采用了拉格朗日體系，剛體和流體的運動沒有任何自由度和幅度限制，打破了傳統(tǒng)方法的網(wǎng)格束縛。
（5）更加自然地模擬多相混合流動
采用傳統(tǒng)的CFD方法，對于不相混合的多相流計算非常困難，尤其是流體多余3中的情況下，需要對每一種流體建立控制方程，計算該流體的體積份額，并保證每個網(wǎng)格控制體內的流體體積份額總和為1。因此傳統(tǒng)的CFD方法很少應用于3種以上的不相容流體的混合計算。嚴重事故下，輕金屬層，氧化層和重金屬層會在重力的作用下分離，這一現(xiàn)象很難用傳統(tǒng)CFD方法模擬，但是粒子法的出現(xiàn)使這一工程問題的仿真變得簡單。
展開 Spring-ICE 結冰算法述評-（3）水滴收集量計算
同樣的，思路很清晰，搞起來卻不容易
2 水滴收集量算法設計的三種思路
我們再發(fā)射水滴前，是不確定這個水滴具體撞擊位置的，因此無法正面直接確定壁面節(jié)點對應的水都軌跡。
思路一：二分法
具備基礎高等數(shù)學的都知道這個方法。二分法是最基礎的數(shù)值迭代方法，通過不斷試錯二分迭代，逼近結果。
應用到我們這個問題上，就是預設一個大的水滴撞擊范圍，發(fā)射兩條水滴，然后根據(jù)撞擊結果，不斷調整發(fā)射區(qū)間直至我們設定的誤差范圍。下面這個圖就是基于該思路求解整個壁面撞擊上限水滴逼近結果。
二分法的優(yōu)點就是精度高，缺點就是效率低，每個單元逐個求解過來，總共可能要計算數(shù)百條軌跡。
思路二：粗略估算法
還有個思路更簡單的辦法，就是一次計算一定水量的水滴數(shù)（比如200條），然后看每個單元打中幾條，通過比例粗略計算水滴收集量。
這個方法程序設計比較簡單，但是效率低，精度差。在實際計算時候，有大量區(qū)域沒有撞擊到水滴，水滴撞擊個數(shù)在翼面的分布呈現(xiàn)極大的不連續(xù)性，因此即便是按比例插值，事先還是要做濾波處理，幾次插值下來，精度根本就保證不了了。
思路三：高效高精度插值法
說到這，大家也都看出來了，水滴收集量的計算想做的漂亮，就是要同時保證計算精度和效率。那么搞出一個高精度高效率的插值方法，將變得非常關鍵。
上海交大搞了一種所謂兩級插值法，說白了，一級插值是在遠場計算少量水滴，離壁面近了以后，認為還有一個水滴和當前水滴距離比較近，通過徑向基函數(shù)插值出其遠場軌跡，在正常計算其撞擊壁面的過程。第二級插值，還是我上面說的，根據(jù)撞擊個數(shù)插值收集量，只不過還是用所謂徑向基函數(shù)。這個方法呢，怎么說呢，比較繞，寫論文會比較好看。
一般來說，我個人的研究品味還是傾向于有樸素設計思想的方法，簡單直接，又意想不到。
展開 金屬圓柱體沖擊墻體仿真 ￥5
本文模擬了銅圓柱撞擊剛性壁面的非線性瞬態(tài)分析以及由此產(chǎn)生的銅圓柱變形。如此大的應變變形是典型的金屬成形和鍛造應用，其中模擬在確定操作參數(shù)方面是無價的。這種模擬是高度非線性的，包括接觸和金屬塑性。
當軟圓柱形鋼筋撞擊剛性墻面時會發(fā)生什么？做實驗太貴或太耗時？讓模擬告訴你答案。看看這個撞擊模擬。別忘了思考牛頓-拉夫森方法在這種情況下扮演什么角色
某窯頭篦冷機噴水系統(tǒng)濕底的模擬分析 ￥20
優(yōu)化噴槍位置和角度，避免水滴未完全蒸發(fā)就撞擊到壁面或篦床，造成腐蝕、結塊或設備損壞。氣流組織分析：研究噴水后對篦冷機內部整體流場的影響，包括可能因蒸發(fā)吸熱和液滴阻力產(chǎn)生的渦流、回流區(qū)等。
本次模擬事例為在不同噴槍霧化霧滴粒徑的情況下，分析霧滴的蒸發(fā)效果包括霧滴的擴散效果和蒸發(fā)路徑。另外同時分析在更改噴槍位置后，霧滴的蒸發(fā)效果包括霧滴的擴散效果和蒸發(fā)路徑。
一、計算模型
篦冷機料層上部的煙氣流速取為2m/s，溫度300℃。
噴槍的位置按上圖在篦冷機頂板上近似選取。
噴槍的霧化粒徑分別取150um（噴槍正常工作）以及液滴聚合成大液滴（450um、1000um）進行計算。
噴槍出口速度40m/s，霧化角90°。
二、計算結果及分析
2.1霧化粒徑150um
噴槍示意
展開 CFD專欄丨nanoFluidX 單相流和兩相流模型如何選擇？
從圖片、動畫也能看出單相流明顯油液的撞擊壁面速度更快一些。
雖然在高轉速傳動系統(tǒng)中采用氣液兩相流模型更符合物理現(xiàn)象，但是代價是：更多的粒子數(shù)量，更小的時間步長，和更久的等待結果時間。
低速流動的自由液面場景往往是可以采用單相流模型的，比如：車輛涉水分析，油箱晃動，水渠流動等。
在2021.2版本中nanoFuidX增加了一個新的Tartakovsky表面張力模型，改善了單相流的液滴仿真。
氣動仿真助推渦軸發(fā)動機型號研制全面加速
動研所基于FLUENT軟件二次開發(fā)的防冰/結冰仿真分析軟件，能夠對過冷水滴撞擊特性、防冰熱平衡以及靜止部件的結冰冰形進行較為準確的模擬，如圖7所示，極大地提升了航空發(fā)動機防冰系統(tǒng)的設計能力。通過防冰/結冰仿真分析，不僅提高了防冰系統(tǒng)設計成功率，還解決了民用渦軸發(fā)動機研發(fā)中遇到的結冰關鍵點選取等技術瓶頸，促進了民用渦軸發(fā)動機適航取證工作的順利開展，大大降低了防/結冰試驗周期和成本，為渦軸發(fā)動機的安全性設計提供了堅實的保障。
圖7 進氣支板結冰冰形仿真與試驗對比
滑油系統(tǒng)多相流動仿真
渦軸發(fā)動機滑油系統(tǒng)的性能對整機的可靠性、壽命、安全性都意義重大，其內部涉及油氣兩相、液體撞擊固體壁面、旋轉湍流等復雜流動狀態(tài)，是典型的多相流動問題。目前，動研所采用體積函數(shù)法（VOF）兩相計算模型，開展了滑油潤滑系統(tǒng)的流動仿真分析，包括典型旋轉流動下的環(huán)下潤滑結構內部油/氣兩相流的流動狀態(tài)仿真，如圖8所示，仿真對收油效率的預測和試驗結果偏差基本達到工程需要。并且相較試驗而言，數(shù)值仿真周期短，比試驗研究更具靈活性，可以對試驗難以測量的內部復雜流場做出預測，獲取內部的油氣兩相流流動狀態(tài)和特性，為滑油系統(tǒng)管路、通道結構優(yōu)化改進以及滑油消耗量精準預估提供了依據(jù)，對提高滑油系統(tǒng)收油效率、保證發(fā)動機的安全運轉均有重要意義。
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