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Stokes流中的圆球绕流的阻力系数,怎么设置才能算准。

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #9

    只需要改变小孔处界面滑移性质(noSlip/slip)就能在球体颗粒/气泡之间切换。

    其他sci也是这样处理的么

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • Prometheus10P 离线
    Prometheus10P 离线
    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 Prometheus10 编辑
    #10

    @李东岳 东岳老师好,目前明确提到这种处理方式的文献,我整理了一下,后续还有相关文献我再继续补充:

    • Bel Fdhila, R., Duineveld, P.C., 1996. The effect of surfactant on the rise of a spherical bubble at high Reynolds and Peclet numbers. Phys. Fluids 8, 310–321.
      //一些学者认为是这篇文献的作者团队Duineveld是最先这么做处理的(还有的认为是改变界面滑移性质(noSlip/slip)就能在球体颗粒/气泡之间切换。)

    • Kishore, N., Nalajala, V.S., Chhabra, R.P., 2013. Effects of Contamination and Shear-Thinning Fluid Viscosity on Drag Behavior of Spherical Bubbles. Ind. Eng. Chem. Res. 52, 6049–6056.
      //这篇文章虽然是做非牛顿流体的,但是也对牛顿流体中的球体做了这种处理方式,并做了对比验证(改变界面滑移性质(noSlip/slip)就能在球体颗粒/气泡之间切换。)

    • 庞明军, 费洋, 陈小洪, 郭雨晨, 徐梦沁, 2019. 雷诺数和界面污染程度对气泡水动力学特性的影响. 农业工程学报 35, 99–105.
      *费洋, 庞明军, 2017. 球形气泡界面变化对尾涡性质和尺寸的影响. 化工学报 68, 3409–3419.
      Fei, Y., Pang, M., 2018. The influence of interface contaminated degree on the wake characteristics of a spherical bubble at moderate Reynolds number under the condition of isothermal flow. International Journal of Heat and Mass Transfer 121, 79–83.
      常州大学的庞明军老师团队经常在Fluent中采用这种处理方式,得到的结果也非常好(改变界面滑移性质(noSlip/slip)就能在球体颗粒/气泡之间切换。)

    庞明军老师团队⬇(两篇文献英汉都发了一下,中间那个CD的图在中文文献中有)
    

    f9a78b8d-99be-49b7-a0ff-13e5888a7e85-image.png

    Duineveld团队⬇
    

    27fc4328-5176-4e40-86b3-a67d343a3866-image.png

    以及其他学者的验证⬇
    

    61a46486-87a7-483c-a4c6-ae048003ab61-image.png

    :zoule:

    东岳老师,我最近在OpenFOAM的楔形网格,以及用SHM挖一个空心球体并铺设边界层的全三维网格里都继续算了一下,依然是:
    ①颗粒(无滑移界面noSlip)的阻力系数和Schiller-Newman 公式(Cd=24/Re*(1+0.15*Re^0.687))符合得挺好
    ②气泡(界面滑移slip)的时候,阻力系数值就很低,只有13~14左右,按照相关的经验公式或者理论公式来看,是不能低于16的,最好是在17.6~18(Mei公式-1994年和Taylor公式-1964年)。

    然后fvScheme也按照文献里说得格式调了调,并没有多大的区别。
    我这段时间在想是不是自己对滑移条件的理解不正确,也就是说文献中说的边界滑移和OpenFOAM的slip边界条件会不会不是一回事,但是看下来感觉是一样的,没能进一步看出个所以然来:135: 。

    再次有劳请大家指点迷津,多谢!

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #11

    :146: :146: :146:

    非常详细!我给你看下算例以及理论再回复

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • Prometheus10P 离线
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    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #12

    @李东岳 谢谢东岳老师!:xinxin: :xinxin2:

    之前上传的代码里用于gnuplot作图的AlldragPlot里面的这句代码要改一下
    plot "./postProcessing/forceCoeffs/1/coefficient.dat" every ::10 using 1:3 w lp pt 5 axis x1y1 title "Curve of Drag Coefficient"
    
    要把文件路径的1改为0;
    plot "./postProcessing/forceCoeffs/0/coefficient.dat" every ::10 using 1:3 w lp pt 5 axis x1y1 title "Curve of Drag Coefficient"
    
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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #13

    你这个尺度对么?我看气泡是x方向是2米

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • Prometheus10P 离线
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    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 Prometheus10 编辑
    #14

    @李东岳 东岳老师,我全部作无量纲处理了。

    • 气泡直径d: 2m
    • 速度U: 1m/s
    • 粘度nu: 2 /m2s
      因此Re=d*U/nu=1×2/2=1

    同时我用量纲条件下计算过,真实气泡尺寸,超纯水粘度和微气泡浮升速度

    • 气泡直径d: 1.2424e-4m ⏩124.24μm
    • 速度U: 8.2745338e-3m/s ⏩8.2745338 mm/s
    • 粘度nu: 0.000001028028079312 /m2s ⏩接近真实情况下超纯水粘度
      因此Re=d*U/nu=1.2424e-4×8.2745338e-3/0.000001028028079312=1

    上述微气泡直径124.24μm的速度取8.2745338 mm/s我想是合理的,因为更关注的是Re,同时大家粘度各不一样,所以速度稍微会有一点区别。
    f66373b4-8181-4437-9563-38a7937dfba0-image.png

    上图对比速度的数据引用于
    Pawliszak, P., Ulaganathan, V., Bradshaw-Hajek, B.H., Manica, R., Beattie, D.A., Krasowska, M., 2019. Mobile or Immobile? Rise Velocity of Air Bubbles in High-Purity Water. J. Phys. Chem. C 123, 15131–15138.
    
    以下是有量纲和无量纲的两种情况下的阻力系数结果对比
    

    0b9074b2-d7b1-413a-836f-1ca44e74a6c7-image.png

    以及采用实际量纲的case文件 ,请东岳老师再帮忙看看,谢谢东岳老师。:xinxin:
    Re.1.MB.WMesh.AllNoSlip.Dimension.zip

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #15
    1. 无量纲处理的粘度太大,这个不行

    2. 带量纲的算例跑的结果不对,网格尺寸不知道对不对,但是deltaT不对,总时间也不对,你重新调一下

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • Prometheus10P 离线
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    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 Prometheus10 编辑
    #16

    @李东岳 好的,东岳老师,这是调整好后的带量纲的气泡case文件(刚才我上传的是带量纲的颗粒case文件)

    • 气泡直径d: 1.2424e-4m ⏩124.24μm
    • 速度U: 8.2745338e-3m/s ⏩8.2745338 mm/s
    • 粘度nu: 0.000001028028079312 /m2s ⏩接近真实情况下超纯水粘度

    因此雷诺数等于1,用的是层流模型。Re=d*U/nu=1=(1.2424e-4)×(8.2745338e-3)/0.000001028028079312

    • 网格已经用transformPoints将每单位长度缩放到气泡半径R:6.212e-5m⏩62.12μm,直径为124.24μm;
    • deltaT用的0.0001,能保证计算过程中的最大Co一直小于0.8;
    • 总时间换成了 0.75s;(d/U×50(50是之前无量纲case的总时间) = 0.750737s)

    26f20a84-1d63-4deb-b627-b9221a57db1e-image.png
    Re.1.MB.WMesh.Bubble.AllSlip.Dimension.zip
    请东岳老师再帮忙看看,谢谢东岳老师。:xinxin:

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #17

    这个能跑通。我这个电脑只能单核跑还比较慢。得跑一阵

    我先问一下,为什么不稳态算?用simplefoam?

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • Prometheus10P 离线
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    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #18

    @李东岳 东岳老师,稳态之前我用simpleFoam和icoFoam算过(但算的无量纲情况,得到的Cd值也是13.5左右)
    刚才做了个带量纲的simpleFoam,结果显示如下,最终Cd值基本持平在13.496左右;
    5cfa8bf2-6f97-4351-8246-388ef92d068f-image.png
    这里是带量纲的simpleFoam案例文件
    Re.1.MB.WMesh.AllSlip.Dimension.simpleFoam.zip

    当时没有选择继续用simpleFoam的原因主要是:

    • ①看到其他文献,比如庞明军老师团队的文献,用的瞬态求解器(他们的雷诺数稍大一些,Re最大到200,这个雷诺数范围内依然是符合轴对称流场结构)
      59cee156-df87-4fc6-8fac-78883448ce87-image.png

    • ②找了个wolfdynamics的培训视频中的圆柱绕流的simpleFoam案例来改,但算气泡的收敛判据我不知道怎么给才合适,只是看到simpleFoam一直跑,Cd值大概持平到13.5左右;主要责任是我自己也没往这里多想,因此之前主要都是用pimpleFoam在算。

    再次感谢东岳老师:xinxin: :xinxin2:

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #19

    我看了一下,调节了一下,确实有这个问题。
    我还试了一下Re=10的情况,无滑移没问题,slip就不对。
    我尝试了调试了一下,确实没效果。
    有点进坑的感觉 :136:

    http://dyfluid.com/index.html
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    Prometheus10
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    #20

    @李东岳 我在办公室差点哭出声。
    12e28590-8149-4c59-8bdd-8dafb3f31267-image.png

    依然十分感谢东岳老师,我想再转到Fluent算一下看看情况,有新的进展我再来补充上。:xinxin:

    李东岳李 1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 Prometheus10 最后由 编辑
    #21

    @Prometheus10 openfoam这面是没看出啥破绽。我捉摸能不能换个附加平均速度的周期性的网格试试。但是牵涉到画网格工作量比较大。不过你先试试fluent吧。我们再讨论 :-)

    http://dyfluid.com/index.html
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  • Prometheus10P 离线
    Prometheus10P 离线
    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #22

    @李东岳 好的,东岳老师,再次感谢!:xinxin:
    我正在画Fluent网格,有新进展时继续来补充。

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #23

    foamMeshToFluent可以把openfoam的网格转化成fluent,不过我不确定fluent能不能用wedge,我估计不能用,那你画吧..

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #24

    老铁,fluent那面后来怎么样

    http://dyfluid.com/index.html
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  • Prometheus10P 离线
    Prometheus10P 离线
    Prometheus10
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #25

    @李东岳 东岳老师好,fluent我用Axissymmetric的2D算起来并不太顺利,收敛不了,我还在调试。

    这段时间主要在看相关文献。后续有进展我会更新上来。

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  • 李东岳李 离线
    李东岳李 离线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #26

    我不太懂你说的H-R理论解,那能不能是openfoam算的就是对的?那你看看文献吧,到时候再讨论

    http://dyfluid.com/index.html
    需要帮助debug算例的看这个 https://cfd-china.com/topic/8018

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    P 离线
    pengdi
    在 中回复了 Prometheus10 最后由 李东岳 编辑
    #27

    @Prometheus10 算了十秒还在33,我是不是应该放弃了,网格质量是不是不是特别好呀 感觉不应该呀,我之前用icoFoam算过雷诺数40的圆柱绕流,和文献对的还挺准

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  • P 离线
    P 离线
    pengdi
    在 中回复了 Prometheus10 最后由 编辑
    #28

    @Prometheus10 看到你后面解决啦,可能定常流算不准最可能的问题就是网格问题

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