本案例为STAR-CCM+帮助文档案例学习，只是笔记记录！

在STAR-CCM+中设置毛细效应问题。模拟甘油的二维强制流，其在大气压通过喷嘴，进入注满空气的腔室。网格同

只是此例中的相关物理维度均缩小1000倍，因此，喷嘴宽度约1mm，相关几何体左侧的边界是一个入口，流体速度为1mm/s，而右侧边界处于大气压力下，底部边界是一个对称平面，并且所有其他边界都是实心壁面。

最初，左侧腔室注满液体，而求解域的其余部分则注满空气。对于给定几何和入口速度，可将流体假定为层流。正 x 方向的重力作用有助于驱动流体通过喷嘴。喷嘴腔室下游形成的自由表面的形状取决于液体与壁面间的接触角。该接触角指定为 45°。

1 导入网格文件

① 启动STAR-CCM+。

② 选择文件→导入→导入体网格。

③ 保存文件。

2 转换为2D网格

① 选择网格→转换为2D。

② 确保已激活转换后删除3D区域选项。

③ 删除连续体→物理1。

注意：三维网格转换成二维网格要求：

a. 网格必须在X-Y平面对齐。

b. 网格必须在Z=0位置有一个边界平面。

3 缩放网格

初始网格并未按正确比例构建，因此需要缩小 1000 倍。

① 从菜单中选择网格→比例缩放网格。

② 在比例缩放网格对话框中，选择 Default_Fluid 2D 区域， 比例因子设置为0.001。

③ 单击应用后，网格区域尺寸会缩小。

④ 单击可视化工具栏中的重置视图。

4 选择物理模型

物理模型定义模拟的主变量，包括压力、温度、速度和用于生成求解的数学公式。

在此模拟中，流体是层流，在 +x 方向施加重力。

由于该问题还涉及多相流体，需要两种流体（空气和甘油）。

但是，由于两种流体占据相同的区域，所以仅需要一个连续体和一个网格即可模拟。

选择物理模型如下图所示。

5 设置材料特性

在欧拉相节点定义各混合物成分所对应的材料。

注意：

在涉及表面张力效应的多相流体问题中，首先定义密度最大的液体，因为壁面的接触角值始终是相对于首先定义的流体而指定的。

要定义相并设置材料特性：

① 物理连续体右键选择，模型→欧拉多相→欧拉相，创建新相。

② 新建相重命名为C3H8O3

③ 对C3H8O相，选择模型。

对于 C3H8O3 相，请选择下列模型

默认液体材料为H2O，需要进行材料替换。

创建第二相，然后将其重命名为空气，空气模型选择。

6 定义相间相互作用

使用多相交互作用模型可定义空气和液相之间的相互作用。

本案例关注的是甘油的表面张力。因此，需要使用表面张力和VOF 多相交互作用模型：

① 在物理连续体中，右键选择模型→多相交互作用→相间相互作用→C3H8O→空气。

② 对于相间相互作用 1，选择下列模型。

表面张力系数值已更改为与相间相互作用相对应。

选择相间相互作用1→模型→多相材料→材料属性→表面张量→ 常数，设为 0.059688 N/m。

编辑相间相互作用 1 > 模型节点，然后设置下列属性。

7 设置初始条件和基准值

设置物理连续体的初始条件和基准值。

连续体中两个流体的空间分布的初始条件是：只在左腔室中注入甘油，在

右腔室和通道内注入空气。

指定这种分布的便捷方法是创建并使用场函数。

定义场函数，用于指定连续体中甘油的空间分布的初始条件：

① 工具→场函数→新建→标量。

② 将User Field Function 1重命名为初始分布。

③ 定义初始分布，设置属性。

④ 同理，建立新的标量，将User Field Function 2重命名为初始分布（空气）。

⑤ 定义初始分布（空气），设置属性。

设置物理连续体的初始条件和基准值。

物理连续体→初始条件→体积分数，进行体积分数设置。

物理连续体→参考值→重力方向设置。

8 设置边界条件

① 为壁面边界指定的唯一条件是甘油-空气交界面的接触角，bottom边界为对称面。

② middle、topleft、topright边界类型为壁面边界。

编辑 middle→相条件→相间相互作用 1→物理值→接触角→常数，设为 45 deg。

将middle边界条件 复 制到对topleft、topright边界。

③ left边界条件设置为速度入口边界，速度为0.001m/s，体积分数为1:0。

④ right边界条件设置为压力出口边界，体积分数为0:1。

9 设置求解器参数和停止条件

如果要解算非稳态问题，必须指定时间步长和消耗的模拟时间。

使用时间步长 0.001 s 运行此计算 2.0 s。

① 求解器→隐式非定常→时间步→0.001s。

要设置求解器参数和停止条件。

② Mmaximum steps

③ Mmaximum physical time

10 可视化和初始化求解

创建标量场景显示模拟结果，查看空气和水的分布情况。

① 新建，场景→标量。

② 标量场→函数设为体积分数→C3H8O体积分数。

③ 选择标量 1 ，并将轮廓样式设置为光滑填充。

④ 单击顶部工具栏中的初始化求解。

初始状态，整个左腔室注满甘油，而右侧腔室和连接通道完全注满空气。在两个流体之间的交界面可以看到有一块小区域明显存在两种流体，但这种效果是由于网格的粗糙度而造成的。

11 运行模拟

模拟准备现已结束，可以运行模拟。

单击求解工具栏中的运行。

输出窗口中会显示求解进度。图形窗口中会自动创建残差屏幕，并在

其中显示求解器的进度。您也可单击图形窗口顶部的标量场景 1 选项

查看模拟进度。

12 根据求解视图创建动画

在运行 2s 结束时，标量场景 1 屏幕显示甘油体积分数分布。观测到的

接触角的确接近 45°。

本系列文章思路，是在看计算流体大叔视频内容后突然想到，多年前曾经做了两年多相流研究相关工作，如今却忘的差不多，于是才从敲击键盘开始，唤醒多相流学习记忆。