【Fluent案例02】VOF喷墨
点击“CFD之仿真区”关注公众 号交流学习概述本案例主要利用VOF多相流模型研究喷墨打印机喷口喷出的墨流，预测在空气腔中产生的液滴的形状和运动。案例演示内容如下： *利用基于压力的求解器和VOF模型建立并求解瞬态问题*从材料库复 制新材料*使用UDF定义时间相关的边界条件*在初始化之后patch子区域*求解时，自动保存定义的点的数据文件*使用体积分数等值线检查两种流体的流动和界面。 01案例描述该问案例考虑了下图所示几何模型中液气界面的瞬态跟踪。该案例采用轴对称二维网格，由两个区域组成:喷墨腔和空气室。几何模型尺寸见下图下方。在0时刻，喷嘴充满了墨水，而其余的区域充满了空气。假定两种液体都处于静止状态。为了启动喷墨，入口边界处的墨速(在本案例中由UDF定义)突然从0增加到3.58 m/s，然后根据余弦定律减小。10微秒后，速度回到零。整个计算运行30微秒，即比初始脉冲持续时间长三倍。由于尺寸较小，将采用Fluent的双精度。指定空气为第一相，墨水(该案例采用液态水)为第二相，patch需要填补油墨室与第二相。不启用重力选项。为了捕捉喷射油墨的毛细效应，指定表面张力和湿润角。喷嘴内表面为中性可湿性，喷嘴孔周围表面为不可湿性。喷墨腔（Ink Chamber）圆柱区域半径: 0.015(mm)喷墨腔（Ink Chamber）圆柱区域长度: 0.05(mm)喷墨腔（Ink Chamber）锥形区域最底端半径: 0.009(mm)喷墨腔（Ink Chamber）锥形区域长度: 0.05(mm)空气腔（Air Chamber）半径: 0.03(mm)空气腔（Air Chamber）长度: 0.28(mm) 02求解设置如下图所示，开启fluent求解模式点击File → Read → Mesh导入文件。此时控制面板会出现警告信息：使用轴边界条件不适用于二维/三维流动问题。请考虑将区域类型更改为对称或墙壁。或者轴对称的问题。后续操作会解决该警告。设置图像显示，点击View → Display → Views...,如下图所示操作，网格显示被更新为整个几何显示。点击Camera...按钮，打开Camera Parameters面板，然后用鼠标左键顺时针方向拖动表盘指示器，直到显示垂直视图。关闭Camera Parameters面板，关闭views面板缩放网格，如下图所示操作。注意：点击一次scale即可建议：在操作网格之后检查网格(即缩放、转换为多面体、合并、分离、融合、添加区域或平滑和交换)，确保网格质量不受操作影响。点击Domain → Mesh → Check → Perform Mesh Check检查网格，无负体积。设置单位。点击Domain → Mesh →Units,在Quantities和Units下分别选择length—mm、surface-tension—dyn/cm，之后点击Close。（百度一下：表面张力的单位在SI制中为牛顿/米（N/m），但常用达因/厘米（dyn/cm），达因是力的单位，1达因=10 ⁵牛，因此：1dyn/cm =1mN/m。）点击Physics → Solver，如下图所示设置。点击Physics → Models → Multiphase...，如下图所示设置。添加材料点击Physics → Materials → Create/Edit...，如下图所示设置。点击Fluent Database... 打开Fluent Database Materials面板从Fluent Database Materials下拉列表中选择water-liquid (h2o < l >)，关闭该面板。在 Create/Edit Materials 面板，点击Change/Create，然后关闭该对话框。设置相材料点击Physics → Phases → List/Show All...，设置初相为air，次相为water。点击Interaction... 打开Phase Interaction面板，如下图所示设置，最后关闭该面板。设置操作条件设置参考压力位置，点击Setup → Boundary Conditions → Operating Conditions...，如下图所示设置。（注：参考压力的位置应该移动到一个可以减少压力计算中的舍入误差的位置。默认情况下，参考压力位置是单元格的中心，位于点(0,0,0)。我们应该把包含最小密度流体的区域设置为参考位置。这是因为在相同的速度分布下，密度较大流体的静压变化要大于密度较小流体的静压变化。如果相对压力场的设置在压力变化较小的区域，则会比在较大的区域发生的舍入误差更小。本例含有空气和水的系统中，参考压力的位置必须位于充满空气的区域内，而不是充满水的区域内。）解释UDF文件，如下图所示设置。（注：如果UDF源文件不在工作目录中，则必须为源文件名输入整个目录路径，而不是只输入文件名。或者单击Browse…按钮并在解压原始文件后创建的vof目录中选择inlet1.c。）设置边界条件在Boundary Conditions面板，先设置入口mixture相参数，然后设置次相water参数。点击Setup → Boundary Conditions → inlet→Edit...，如下图所示设置。点击Setup → Boundary Conditions → inlet → water→Edit...，如下图所示设置。设置非湿面mixture相接触角，点击Setup → Boundary Conditions → wall_no_wet→Edit...，如下图所示设置。接触角是指壁面与界面在壁面上的切线之间的夹角，如下图所示。默认值是90°（本案例中wall_wet接触角保持90°默认值），这相当于没有壁面附着效果(即界面与相邻壁面垂直)。例如，一个45°的接触角类似于水沿着容器的一侧向上蠕动，就像玻璃中的水一样。这个角度大小会影响液滴的形成，可以改变角度重复此模拟，以了解当壁面亲水时(即使用较小的接触角，比如10°)，结果会发生什么变化。 设置求解方法点击Solution → Solution → Methods...，如下图所示设置。（注：与迭代方法相比，非迭代时间推进(NITA)方法具有较低的CPU占用率。虽然与迭代方法相比，NITA必须使用更小的时间步骤，但是总的CPU开销通常更小。如果NITA方法导致收敛困难，则应使用迭代方法(例如PISO, SIMPLE）初始化点击Solution → Initialization → Options...，保持默认，直接点击Initialize。标记喷墨腔区域点击Solution → Cell Registers New → Region...，如下图所示。点击Solution → Initialization → Patch...，如下入所示设置。保存求解数据，以便制作动画，本案例在ANSYS EnSight后处理，可以直接保存.dat文件。点击Solution → Activities → Autosave...，如下图所示设置（注：建议.gz压缩格式保存文件）。保存初始case文件，点击File → Write → Case...。求解计算，点击Solution → Run Calculation，如下图所示。 03后处理来源：CFD仿真区
