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  3. 气泡槽道流的计算,求指点

气泡槽道流的计算,求指点

已定时 已固定 已锁定 已移动 OpenFOAM
11 帖子 3 发布者 6.7k 浏览
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  • 学流体的小明学 在线
    学流体的小明学 在线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #1

    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:

    1. 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?
    2. 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。

    1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #2

    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。

    只有特别微观的槽道,10几个气泡的能算。这个我之前算过,算半个月也没算出来个统计平均值。后来就不整了。目前也没遇到过什么好办法。VOF算这种千万网格打底。除非换欧拉方法,特别快。

    看看其他大佬有啥意见

    Tryggvason那面算了非常多的这种东西,我估计你肯定知道。

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

    1 条回复 最后回复
  • I 离线
    I 离线
    ir77
    写于 最后由 编辑
    #3

    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.

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 在线
    学流体的小明学 在线
    学流体的小明 神
    写于 最后由 李东岳 编辑
    #4

    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
    f20b24c5-b774-4a77-a70b-1e0d404bde16-image.png

    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。
    723673c2-abc5-4438-9663-e8db58c1c62a-image.png

    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:
    c8904b65-b372-40b9-a9c7-6ae5239200e4-image.png
    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)。

    1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 在线
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    学流体的小明 神
    在 中回复了 ir77 最后由 编辑
    #5

    @ir77 感谢!我这就看看。

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  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    写于 最后由 编辑
    #6

    你这个是周期流动么?周期流动目前cyclic边界上没有问题么?

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 在线
    学流体的小明学 在线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #7

    是周期流动,四面周期,槽道的上下都是壁面
    没有问题的,自适应加密正常算
    就是中断之后,再续算的时候会不收敛,是那种迭代多少次残差都不变的情况,只能限制最大迭代次数跳过第一次,后面就能接着算。但总觉得会埋下隐患。

    李东岳李 1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #8

    四面周期,进出口不是周期是吧?

    我之前跑过进出口周期的,需要压力方程改一下。interFoam

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

    学流体的小明学 1 条回复 最后回复
  • 学流体的小明学 在线
    学流体的小明学 在线
    学流体的小明 神
    在 中回复了 李东岳 最后由 编辑
    #9

    进出口也是周期的,确实想到应该是驱动的压力梯度造成了错误。
    老师可以指路一下您之前的讨论这个的帖子吗?

    李东岳李 1 条回复 最后回复
  • 李东岳李 在线
    李东岳李 在线
    李东岳 管理员
    在 中回复了 学流体的小明 最后由 编辑
    #10

    @学流体的小明 3 4年前的事情了。我粗略的记得是interFoam里面的那个浮力项要单独拎出来放在速度方程里面,而不是放在压力方程。你顺着这个思路找找。

    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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    学流体的小明 神
    写于 最后由 编辑
    #11

    更新一下进度
    暂时不用可压缩求解器计算了,因为发现当前的网格算不到声波那种程度。不过我倒是实现了向温度方程内添加源项这件事,就是不太确定公式以及编程对不对。

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