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Fluent仿真实例:液体空化(空蚀)仿真

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Fluent仿真实例:液体空化(空蚀)现象

背景介绍

空化:液体内局部压力降低时,液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的过程

空蚀:液体运动中物体受空化冲击后,表面会出现的变形和材料剥蚀现象,又称剥蚀或气蚀

 

习惯上,泵界喜欢用汽蚀,主要想表示其气体是液体汽化而成,不同于液体中溶解的气体。水轮机行业则多用气蚀,现在干脆用空化、空蚀。其实都是一个意思。

液体中空泡溃灭时产生的空蚀、噪声、振动和发光等现象。空化噪声是一种很强的水动力噪声,在有关工程中通常应尽量避免。空泡溃灭时产生的脉冲作用加大结构物的振动,也会产生有害影响。在空化发光效应中,光强很弱,只能在暗室内才能测到。

下图显示了空蚀破坏叶片的后果。

其中空化核的存在是液体空化的先决条件;压力场的作用是液体空化的外部原因,压力幅值和施加时间决定液体空化状态。工程上常用流场中最低压力系数CFmin来预测起始空化数σi,空化起始的经典相似律就是σi=-CFmin。但是,偏离经典相似律的情况是常见的,而且在相同的空化数值下,原型与模型的空化状态也往往不同,这就是所谓的空化的尺度效应。

案例描述

本案例仿真压差驱动形成的空化,当水高速流过尖锐外形的孔时候,例如喷射。孔的直径为4mm,进口压力为5xe5 Pa,出口压力为9.5xe4 Pa。D/d = 2.88 L/d = 4

因为空化后是气体,而水是液体,所以采用多相流Mixture模型,空化采用Fluent提供的空化模型。

1、启动软件并导入网格

启动Fluent软件,选择2D,双精度Double Precision,单核Serial求解器。

导入网格,网格文件在文章最底部有下载链接。

2、求解器设置

选择Axisymmetric轴对称选项。

3、模型设置

3.1 多项流选择Mixture模型。不勾选Slip Velocity,因为本案例的尺寸太小,不会生成大尺寸的气泡,重力影响可以忽略。

3.2 湍流模型选择Realizablek-epsilon (2 eqn)方程。

4、材料设置

4.1 调出Fluent中液态水的参数,并修改如下。

4.2调出Fluent中气态水的参数,并修改如下。

5、相设置

设置主相为液态水。

设置第二相为气态水。

相之间相互作用设置,本案例中相之间主要是空化。操作:Phases→ Interaction...。空化模型在Mass选项的cavitation,选择后会弹出cavitation的相关设置,对于水的空化这里保持默认即可。

6、边界设置

6.1 进口边界,类型设置为pressure-inlet,在Phase下拉菜单中选mixture,设置混合相。

点击Edit按钮,设置压力和进口湍流如下。

点击OK按钮退出后,在Phase下拉菜单中选vapor,点击Edit按钮,设置第二相。设置气相体积分数为0,表示进口的都是液态水。

6.2 出口边界,出口oulet设置为pressure-outlet类型,在phase下拉菜单中选mixture,点击Edit按钮,设置主相。

点击OK按钮退出后,在Phase下拉菜单中选vapor,点击Edit按钮,设置第二相。设置回流气相体积分数为0,表示出口气体没有回流。

7、操作压力设置

8、求解设置

8.1 离散方案设置。

8.2 松弛因子保持默认。

8.3 收敛残差设置,对于continuity,设置为3e-7,其余设置为1e-5。

8.4 初始化。

8.5 迭代步数输入500,保存文件。点击开始计算。

9、后处理

9.1 大概计算到312步后计算收敛,收敛曲线如下。

9.2 显示气体体积分布云图

9.3 显示速度分布云图

9.4 显示流线图





来源:CFD饭圈
ACTFluent振动多相流湍流材料
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首次发布时间:2024-09-08
最近编辑:1月前
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