本案例演示利用Fluent中Multi-Fluid VOF多相流模型計算漿體中氣泡上升過程。
在本案例中，兩個空氣泡懸浮于顆粒漿體中，在浮力作用下運動。案例涉及到三相：空氣、液體以及顆粒。采用Fluent中的Multi-Fluid VOF模型進行模擬。
1 問題描述
圓柱形容器中盛裝有液態(tài)漿體，圓柱半徑0.03 m，初始漿體深度為0.05 m，顆粒物均勻分散在液相中。兩個半徑0.008 m的氣泡懸浮在漿體內(nèi)，在浮力作用下氣泡上升，導(dǎo)致漿體內(nèi)顆粒分布變得不再均勻。
計算模型采用2D軸對稱處理，利用Fluent多相流模型求解氣泡運動過程以及氣泡運動過程中引起的漿體濃度分布。
2 Fluent設(shè)置
以2D、Double Precision方式啟動Fluent
利用菜單File → Read → Mesh…讀取網(wǎng)格文件slurry-vof.msh.gz
2.1 General設(shè)置
鼠標雙擊模型樹節(jié)點General，右側(cè)面板激活選項Transient及Axisymmetric
激活選項Gravity，設(shè)置重力加速度為X軸-9.81 m/s2
2.2 Models設(shè)置
鼠標雙擊模型樹節(jié)點Models > Multiphase打開多相流設(shè)置對話框
如下圖所示進行設(shè)置
激活選項Eulerian
設(shè)置Number of Eulerian Phases為3
激活選項Multi-Fluid VOF Model
激活選項Sharp/Dispersed
點擊按鈕Interface Modeling Options…打開設(shè)置對話框
如下圖所示，激活選項Phase Localized Discretization
注：Phase Localized Discretization選項能夠確保氣液相之間采用清晰界面，而液固相之間采用分散界面。
2.3 Materials設(shè)置
創(chuàng)建流體材料sol，指定其Density為3000 kg/m3
-
注：Materials對話框中材料sol的粘度值在并不重要。
創(chuàng)建材料flu，指定其密度為1000 kg/m3，粘度為0.1 kg/m-s
2.4 定義相
右鍵選擇模型樹節(jié)點Models > Multiphase > phase-1-Primary Phase，點擊彈出菜單項Edit…打開設(shè)置對話框
如下圖所示設(shè)置主相材料為flu，修改其名稱為fluid
相同方式設(shè)置第二相為air，指定其材料為air
指定第三相為solid，指定其材料為sol
激活選項Granular
設(shè)置Diameter為0.0004 m
設(shè)置Granular Viscosity為0.1 kg/m-s
其他參數(shù)保持默認設(shè)置
2.5 定義相間作用
右鍵選擇模型樹節(jié)點Models > Multiphase > Phase Interaction，點擊彈出菜單項Edit…打開設(shè)置對話框
進入Drag標簽頁，如下圖所示，設(shè)置阻力系數(shù)
注：漿體中的固體顆粒運動首選Gidaspow模型，相間存在尖銳界面時首選symmetric模型。
進入Surface Tension，如下圖所示設(shè)置空氣與水之間表面張力系數(shù)為0.1 n/m
注：表面張力對于氣泡的形狀影響甚大
進入Discretization標簽頁，如下圖所示，設(shè)置solid-fulid參數(shù)為0，其他參數(shù)保持默認設(shè)置
注：2表示采用compressive算法用于sharp界面捕捉，0表示采用一階算法用于擴散界面模擬
2.6 Operating Conditions設(shè)置
如下圖所示設(shè)置操作條件，指定參考密度為1.225 kg/m3
2.7 Controls設(shè)置
進入Controls面板，如下圖所示設(shè)置亞松弛因子
2.8 Initialization設(shè)置
采用默認參數(shù)進行初始化
點擊Patch…按鈕打開設(shè)置對話框，如下圖所示設(shè)置區(qū)域fluid_patch的solid相體積分數(shù)為0.01
查看solid相體積分數(shù)分布，如下圖所示
注：圖中進行了視圖旋轉(zhuǎn)，X軸為向上正方向。
右鍵選擇模型樹節(jié)點Cell Registers，點擊彈出菜單項New → Region…打開設(shè)置對話框
如下圖所示創(chuàng)建一個區(qū)域
相同方式創(chuàng)建另一個區(qū)域
進入Patch對話框，如下圖所示patch前一步創(chuàng)建的兩個區(qū)域的solid相體積分數(shù)為0
patch前兩個區(qū)域的air相體積分數(shù)為1，如下圖所示
patch完畢后的體積分數(shù)分布如下所示
注：圖中進行了視圖轉(zhuǎn)換及對稱操作
2.9 定義動畫
如下圖所示創(chuàng)建云圖顯示
顯示如下圖所示的云圖
如下所示設(shè)置自動保存
如下圖所示創(chuàng)建動畫
2.10 Run Calculation
如下圖所示設(shè)置時間步長為0.0001 s，時間步數(shù)為1000，點擊Calculate開始計算
3 計算結(jié)果
0.03 s氣泡體積分數(shù)
0.04 s氣泡體積分數(shù)
0.05 s氣泡體積分數(shù)
0.08 s氣泡體積分數(shù)
1 s氣泡體積分數(shù)
