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 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:
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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)
Duineveld团队⬇
以及其他学者的验证⬇
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 。再次有劳请大家指点迷津,多谢!
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@李东岳 谢谢东岳老师!
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 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。
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
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。
Re.1.MB.WMesh.AllNoSlip.Dimension.zip -
@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)
Re.1.MB.WMesh.Bubble.AllSlip.Dimension.zip
请东岳老师再帮忙看看,谢谢东岳老师。 -
@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;
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:
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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)
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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
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@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 :-)
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@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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@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