復雜流體流動的案例
CFD學習：流體中的蠕動流動示例與分析
流體的蠕動運動是非混沌的。以蠕動運動傳播的流體流動是時間可逆的。
納維-斯托克斯方程和蠕流
準確地說，雷諾數為零時的蠕動流就是我們所說的斯托克斯流。微流體裝置中的雷諾數很小，可以歸類為蠕動流。流體中的蠕動流是粘性流，可以使用納維-斯托克斯方程進行數學表達。
在微流體裝置中觀察到的蠕動流中，納維-斯托克斯方程的左側項（給出流體動量的變化率）被忽略。蠕動流體的納維-斯托克斯方程中的動量項是非線性的，忽略這些項會使方程線性化。當給定蠕變流體流動的雷諾數較小時，需要考慮納維-斯托克斯方程中的對流項。
蠕動流的例子
利用蠕動流的應用之一是流體動力潤滑。流體動力潤滑利用高粘性流體的特性及其通過小通道的流動來帶來有效的潤滑。潤滑液通過軸承和座圈之間的間隙的流動由粘性摩擦和壓力梯度之間的平衡控制。施加在軸承間隙中的重壓有助于防止表面相互摩擦，從而有效地產生流體動力潤滑。
有趣的事實：動物身上也存在流體動力潤滑。在動物中，滑液限制在骨骼表面之間的小間隙中，防止關節接觸、磨損和撕裂。
基于流體蠕動流動的應用不限于：
高粘度流體的流動，例如油漆、重油和食品加工材料
熔體擠出
沙子或巖層中的滲漏
粉塵顆粒沉降
任何在液體中移動的小物體
微生物在流體中的運動
地下水或石油通過小通道或裂縫的流動
與一般流體流動相比，由于不存在非線性或平流項，蠕動流更容易用數學方法求解。Cadence 的軟件套件可以幫助您找到蠕動流以及復雜的一般流體流動的解決方案。借助這些工具，可以更輕松地在復雜的流體相關系統中運行 CFD 仿真，從而促進流體流動建模。
展開 一期一會 | 什么是流體流動？
本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
流體流動，是指液體或氣體在外力或壓差作用下的連續變形和運動。流體的流動反映了流體改變形狀或適應其容器的能力，其與保持固定形狀的固體不同。
流體在流動過程中的行為受其粘度的影響；粘度是內部流動阻力的衡量標準之一。根據粘度特性，流體可分為牛頓流體或非牛頓流體。
了解流體流動，在許多工程領域中都至關重要，包括航空航天、土木、機械和生物醫學工程等。此外還在海洋學、氣象學和生物學等科學學科中發揮著重要作用。為了解決復雜的流體流動問題，工程師通常采用計算流體力學（CFD）等先進技術，該技術將強大的計算機硬件與復雜的數值方法相結合。
流體流動的物理原理
流體力學，是根據流動測量得出的經驗定律來研究液體和氣體運動的學科。流體流動問題通常涉及確定以下屬性：
流體速度—描述流體運動的速度和方向的矢量（單位：米/秒）
流體壓力—描述流體對其周圍環境或與之相互作用的表面施加的單位面積力的矢量（單位：帕斯卡，或磅/平方英寸）
流體溫度—表示流體中分子的平均動能，反映流體的冷熱程度（單位：攝氏度、開爾文或華氏度）
流體粘度—衡量流體的流動和變形的阻力，量化流體微團之間在相對運動時的內部摩擦力（單位：帕斯卡秒）
流體力學有許多分支學科，其中包括空氣動力學（涉及研究運動中的空氣和氣體，例如計算飛機機翼上的力）和流體動力學（涉及研究運動中的液體，例如確定石油通過管道的質量流率）。
展開 巖石裂隙中的流體流動仿真
本案例基于COMSOL軟件中的PDE模塊，采用雷諾方程對巖石裂隙中的流體流動過程進行了仿真，模擬結果如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。
CFDPro顆粒流仿真 | 基于拉格朗日粒子追蹤方法，模擬復雜顆粒的流動現象
重力塔中的液滴過程
國產自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計算流體動力學仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應機理接口，更加適用于復雜的工程計算模擬分析。
SimForge HSF?案例分享｜復雜仿真應用定制——BVFSim血管血液流動定制APP
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</figure><p class="ql-align-justify"><br></p><h2 class="ql-align-justify">一、背景及問題</h2><p> 血管血液流動問題是醫學領域非常重要的一個研究分支，對血液在血管系統中的流動行為進行研究可以增進對生理學基本原理的理解，有助于 對血管疾病發展機制進一步的認識 ，并優化治療方案或者完善相關的醫療器械 。血液在血管里的流動本質上可以認為是一種非牛頓流體的流動，因此基于CFD仿真計算方法對血管血液流動問題進行分析，是目前非常熱門的一個研究方向。</p><p><br></p><p> 基于仿真計算方法對血管血液流動問題進行準確的分析，需要研究人員具備流體力學、數值離散、代數求解等學科知識，同時要能夠熟練使用網格劃分軟件、仿真求解軟件和仿真后處理軟件進行仿真全流程作業，而目前市面上大部分仿真軟件都是通用仿真分析軟件，覆蓋場景較多，因而參數設置、模型選擇等非常繁雜，新手學習周期長，難度大。因此，不管是從理論分析和軟件實操方面，對醫學領域的研究人員來說，仿真計算的應用門檻都是非常高的。
展開 利用lammps模擬LJ流體在微通道中為二維流動
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 多分支管流體流動分析APP
多分支管流體流動分析APP基于Simdroid，對多分支管內部的流體流動過程進行模擬，用戶可以對主管道和兩個分支管道的幾何參數、速度條件和壓力條件進行修改，得到管內速度云圖、壓力云圖以及主管道中間橫截面的速度云圖。
隨著科技的不斷進步和發展，移動設備已經逐漸成為我們日常生活中不可或缺的一部分。在這個信息化的時代，APP已經成為人們獲取信息和進行交流的主要方式之一。本文將介紹一款基于Simdroid的多分支管流體流動分析APP，它可以對多分支管內部的流體流動過程進行模擬，用戶可以對管道的幾何參數、速度條件和壓力條件進行修改，從而得到管內速度云圖、壓力云圖以及主管道中間橫截面的速度云圖。
這款APP的研發背景是為了滿足工程技術人員以及相關領域的專業人士對多分支管流體流動過程進行研究和分析的需求。通過對多分支管的流動過程進行模擬，可以幫助工程技術人員更好地理解管道的流動規律，從而為工程設計和施工提供有力的支持。
該APP的使用非常簡單，只需要在手機上下載安裝，然后按照提示進行操作即可。用戶可以根據實際情況對主管道和兩個分支管道的幾何參數、速度條件和壓力條件進行修改，從而得到所需的流動分析結果。在得到結果后，用戶可以通過查看速度云圖、壓力云圖以及主管道中間橫截面的速度云圖來了解管道內流體的流動情況。這些分析結果可以幫助用戶更好地理解管道內流體的流動規律，為工程設計和施工提供有力的支持。
總之，這款基于Simdroid的多分支管流體流動分析APP為工程技術人員以及相關領域的專業人士提供了一種方便、快捷、準確的分析工具，可以幫助他們更好地理解管道內流體的流動規律，為工程設計和施工提供有力的支持。在線計算本APP：多分支管流體流動分析
展開 流向井內的流體流動: 有限半徑井
本例是模型 “流向井內的流體流動”
， 系列之一，這一算例描述了在隔絕層之間，流向有限半徑井的瞬態流動。接著，將這一計算結果與著名的點井解Theis井做了比較(Theis, Ref.
2). 這一算例與Theis問題的不同之處在于，Theis解析解將井簡化為一個點源，因此在井壁以內與實際物理情況不同。COMSOL
Multiphysics 的分析使用拉伸耦合變量將井邊緣的計算結果擴展到了井的內部，從而在井的內部得到了與物理情況一致的解。
除了井的幾何構型之外，Theis問題還采用了其他假設。儲液層的水平半徑是無限的，上下被不可穿透的隔絕層約束。井完全穿透儲液層，汲取的壓力在整個井的高度上是一致的，因此整個流動都是水平的。忽略井的儲水。儲液層的汲取是瞬時發生的。在汲取之前，流場是靜止的。流動是水平的，不隨深度發生變化，井的水頭相對于對稱軸是等位的。
本例做了軸對稱的簡化，可以對半無限的儲液層建模，即長10km的直線。1km以內的部分是我們感興趣的區域。井半徑是0.1m。飽和水力傳導率K, 為 10-4 m/s, 厚度, b, 為 50 m.
壓強存儲系數, S (m·s2/kg), 等于 Ss/ρf g. Ss是存儲水頭，
10-5 m-1,
ρf 表示流體密度 (kg/m3), g 為重力加速度 (m/s2). 泵流量, W, 為常數 0.05 m3/s
. 初始壓強, p0, 是 9.82·105 Pa. 感興趣的時間是四個月.
展開 設備|換熱器流體流動空間的選擇
流體流徑的選擇是指在管程和殼程各走哪一種流體，此問題受多方因素的制約。選擇原則可參考以下幾條：
a)不潔凈和易結垢的流體宜走管程（U型管除外），以便清洗；
b)腐蝕性，對材料有特殊要求的流體宜走管程，以免管子和殼體同時被腐蝕，且管程便于清洗和檢修；
c)壓力較高的流體宜走管程，這樣可以減小殼體壁厚；
d)飽和蒸汽宜走殼程，因為飽和蒸汽污垢熱阻較小，傳熱系數較大一般與流速無關，且冷凝液容易排出；
e)被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體向外的散熱作用，增強冷卻效果；
f)黏度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re＞100）下可達到湍流，提高對流傳熱系數；
g)若兩流體溫差較大，對流傳熱系數大的流體宜走殼程，因壁面溫度與α大的流體溫度相近，可以減小熱應力；h)有毒的流體宜走管內，使泄漏機會減少。
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 反應器內的流體流動
來源:：網絡
如何正確模擬不同類型的流體流動？
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 八、管道彎頭中流體混合流動與傳熱
<p> 這次我們使用fluent做一個流體流動與傳熱的模擬。如圖1所示，進口5和進口6分別進入兩股流體，兩股流體會在彎頭處進行混合，考慮到流動與換熱的影響，查看穩定下來之后的壓力和速度分布云圖。</p><p> </p><p><strong>1. 物理模型</strong></p><p> 物理模型如圖1所示，模型尺寸圖中已標出，為了簡化計算，模型為二維模型。但<strong>實際上是圓管，這里的二維模型會帶來誤差</strong>，之前的文章我們提到過，<strong>Fluent即便模擬二維流動，實際上也是三維的，因為對于二維模型，Fluent會自動給它一個1m的深度如圖2，因此實際上二維的計算變成了方形管</strong>。這里我們不考慮這樣的誤差。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"> </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyibaCicicLEW1yer6tkExKNmfKxegYicCCGoYCCjWbVgibtwShKcXrO8HN9n2N4MBfOh9X9SdHM4MTSZ2w/640?
展開 管道內非牛頓流體流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了管道內非牛頓流體流動過程。
計算域：管道長0.1m，直徑2.5mm
物質屬性：密度為1000kg/m3，粘度采用Power law，其中參數k=0，n=0.4
邊界條件：入口平均速度為2m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為16000
計算設置
本次計算為穩態軸對稱流動。
物質屬性
計算物質的密度和粘性
邊界條件
設置入口流速，流速值有profile文件讀入
profile文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/1ibZQTgwKEV-iOhqeMBAfEg 密碼: 88qz
設置出口為壓力出口邊界條件
壁面皆為無滑移邊界條件
計算結果
計算域速度云圖
計算域壓力云圖
計算值與實驗值對比
管道壓降數值對比圖表
參考文獻
W.F. Hughes and J.A. Brighton. Schaum's Outline of Theory and Problems of Fluid Dynamics. McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, NY. 1991.
展開 伏圖流體力學分析功能介紹及三維管道流動仿真APP開發
<p><strong>一、背景介紹</strong></p><p><br></p><p>在現代工程和科學研究中，流體力學扮演著至關重要的角色。流體的流動和傳熱現象廣泛存在于自然界和工業應用中，如能源、航空航天、生物醫學、船舶與海洋工程、汽車工程、化工過程、環境工程、生物醫學工程等。隨著技術的發展，流體力學仿真在這些行業的多個領域具有廣泛的應用實踐。借助流體力學仿真分析，研究人員和工程師可以優化設計、預測系統性能、降低成本和風險，推動相關領域的技術進步和創新。</p><p><br></p><p><strong>二、伏圖流體力學分析功能介紹</strong></p><p><br></p><p>云道智造通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖（Simdroid）具備完備的流體力學分析功能，支持多物理場耦合仿真，為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。</p><p><br></p><p><strong>功能特點</strong></p><p><br></p><p>1、支持任意多面體網格</p><p><br></p><p class="ql-align-justify">軟件支持剖分貼體笛卡爾網格、四面體網格，也可以導入任意多面體網格。
展開 