Fluent仿真实例：液体空化（空蚀）仿真
Fluent仿真实例：液体空化（空蚀）现象
背景介绍
空化：液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的过程。
空蚀：液体运动中物体受空化冲击后，表面会出现的变形和材料剥蚀现象，又称剥蚀或气蚀
习惯上，泵界喜欢用汽蚀，主要想表示其气体是液体汽化而成，不同于液体中溶解的气体。水轮机行业则多用气蚀，现在干脆用空化、空蚀。其实都是一个意思。
液体中空泡溃灭时产生的空蚀、噪声、振动和发光等现象。空化噪声是一种很强的水动力噪声，在有关工程中通常应尽量避免。空泡溃灭时产生的脉冲作用加大结构物的振动，也会产生有害影响。在空化发光效应中，光强很弱，只能在暗室内才能测到。
下图显示了空蚀破坏叶片的后果。
其中空化核的存在是液体空化的先决条件；压力场的作用是液体空化的外部原因，压力幅值和施加时间决定液体空化状态。工程上常用流场中最低压力系数CFmin来预测起始空化数σi，空化起始的经典相似律就是σi=-CFmin。但是，偏离经典相似律的情况是常见的，而且在相同的空化数值下，原型与模型的空化状态也往往不同，这就是所谓的空化的尺度效应。
案例描述
本案例仿真压差驱动形成的空化，当水高速流过尖锐外形的孔时候，例如喷射。孔的直径为4mm，进口压力为5xe5 Pa，出口压力为9.5xe4 Pa。D/d = 2.88 和 L/d = 4。
因为空化后是气体，而水是液体，所以采用多相流Mixture模型，空化采用Fluent提供的空化模型。
1、启动软件并导入网格
启动Fluent软件，选择2D，双精度Double Precision，单核Serial求解器。
导入网格，网格文件在文章最底部有下载链接。
2、求解器设置
选择Axisymmetric轴对称选项。
3、模型设置
3.1 多项流选择Mixture模型。不勾选Slip Velocity，因为本案例的尺寸太小，不会生成大尺寸的气泡，重力影响可以忽略。
3.2 湍流模型选择Realizablek-epsilon (2 eqn)方程。
4、材料设置
4.1 调出Fluent中液态水的参数，并修改如下。
4.2调出Fluent中气态水的参数，并修改如下。
5、相设置
设置主相为液态水。
设置第二相为气态水。
相之间相互作用设置，本案例中相之间主要是空化。操作：Phases→ Interaction...。空化模型在Mass选项的cavitation，选择后会弹出cavitation的相关设置，对于水的空化这里保持默认即可。
6、边界设置
6.1 进口边界，类型设置为pressure-inlet，在Phase下拉菜单中选mixture，设置混合相。
点击Edit按钮，设置压力和进口湍流如下。
点击OK按钮退出后，在Phase下拉菜单中选vapor，点击Edit按钮，设置第二相。设置气相体积分数为0，表示进口的都是液态水。
6.2 出口边界，出口oulet设置为pressure-outlet类型，在phase下拉菜单中选mixture，点击Edit按钮，设置主相。
点击OK按钮退出后，在Phase下拉菜单中选vapor，点击Edit按钮，设置第二相。设置回流气相体积分数为0，表示出口气体没有回流。
7、操作压力设置
8、求解设置
8.1 离散方案设置。
8.2 松弛因子保持默认。
8.3 收敛残差设置，对于continuity，设置为3e-7，其余设置为1e-5。
8.4 初始化。
8.5 迭代步数输入500，保存文件。点击开始计算。
9、后处理
9.1 大概计算到312步后计算收敛，收敛曲线如下。
9.2 显示气体体积分布云图
9.3 显示速度分布云图
9.4 显示流线图
