气泡槽道流的计算,求指点
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之前的帖子基本解决了单相流槽道的问题,见
https://www.cfd-china.com/topic/6248/les直流槽道边界层模拟-如何得到正则化速度u-以及正则化坐标y
现在的目标是把气泡群加入到槽道中,有周期性边界,让它们一直输运,我想要考察壁面上的脉动压力。打算使用的求解器:
compressibleInterFoam
compressibleInterDyMFoam当前是这样考虑的:
思路最简单的便是暴力计算,要算好湍流边界层的同时算好气泡,那么壁面附近的网格尺寸必须足够小,网格应该是立方体,便于VOF计算,尺寸应该在$\Delta^+=2\sim5$。整个槽道都由这样的立方体网格组成,这样的话网格量就会非常大,不适合批量化的计算。
一种减小网格量的考虑是:举例来说,靠近壁面附近的槽道采用$\Delta^+=2$,距离壁面一定高度后,增大网格$\Delta^+=2.5\ or\ 3$,这样一层一层地画网格。但这种网格是否好用还有待验证,两层网格之间的节点不匹配也可能对OpenFOAM的程序产生影响,可能会崩。
气泡大概能飘到槽道的哪个部分,由无量纲参数例如We,Eo等参数控制,我还得再调研调研。
另外一种想法是使用较粗的背景网格计算槽道,采用自适应加密,可以较好地捕捉到气泡界面。但这种方法的问题同样是较粗的背景网格算不好边界层。除非在边界层附近也进行加密,但这样的话加密的依据不太好设置。请各位大佬指点指点,有什么好的方法可以以较低的成本算这样一个气泡槽道流。
有两个具体的问题:
- OpenFOAM的重叠网格法,我粗略学习了一下,发现主要是算运动的固壁面,还有浮体,可以处理气泡吗?能用重叠网格把气泡围住,然后重叠网格随着气泡的运动而运动?
- 如果用front tracking 方法或 IBM,能和OF结合吗?
有指路链接也可以。
我自己也找找,有进展了会更新在这里。 -
以前见过一篇气泡减阻的文章,用了千万级网格采用层流模型算了Re=9620的槽道流动,不知道对你有无帮助:Kim S, Oshima N, Park H J, et al. Direct numerical simulation of frictional drag modulation in horizontal channel flow subjected to single large-sized bubble injection[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2021, 145: 103838.
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更新一下进展
使用背景网格 + 自适应加密的方法,compressibleInterDyMFoam求解器。
计算域流向x,壁面法向y,展向z,0.04 * 0.02 * 0.02 m,目标摩擦雷诺数 $Re_{\tau}=500$,粘性长度$\delta_{\nu}=2e-5m$,背景网格$\Delta x^+=\Delta z^+=10$,y方向网格渐变,壁面第一层网格$\Delta y^+L_{wall}=2$,槽道中心网格$\Delta y^+L_{center}=10$ 。
使用这种网格可以进行自适应加密。自适应加密的预处理可以参考 https://www.cfd-china.com/post/33052 。
t = 0.23s 的流场图像
算的确实有模有样。但有了新的问题:
第一个问题是:气泡之间会出现非物理的融合。这个问题是VOF方法都会存在的,解决方案有:不差钱,加密网格到可以算出气泡弹开;添加斥力模型。斥力模型这方面,和老师商量了一下后拉来师弟一起做。
第二个问题是:流场中的压强会不停地上升。如下面这张图,提取了壁面上$z=0$这条线上的点的时间序列,画出三维图,然后调整视角隐去x轴。它的压力是不停地再上升的,之后还算过好几次,调整了很多参数,都会有这个问题。
做过的尝试有:添加压力参考点和压力参考值,后来发现compressibleInterDyMFoam这种可压缩的求解器并没有读取压力参考值的代码,而且可压缩求解器中,压力的绝对值是有意义的。更改槽道驱动,fvOptions中可以使用meanVelocityForce或者直接添加确定数值的源项vectorSemiImplicitSource,但都还是出现了流场压力不断上升的结果。
打算再做的尝试:壁面上的温度边界条件可能没有设置对,一直都是zeroGradient,看资料说是使用固定温度。查了一些资料,发现可能是能量方程上有些问题。《可压缩湍流直接数值模拟》这本书上写:
可压缩流动的模拟,加源项的时候除了动量方程加源项,能量方程中也要加源项。OpenFOAM中没有给能量方程加源项,所以导致了压力的升高(中间的逻辑链我还没搞清楚)。