FLUENT瑞利-泰勒不稳定性模拟

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本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了使用CFD（计算流体动力学）软件进行多相流模拟的详细步骤。首先，设置多相流模型，包括选择液体和气体材料，并设置表面张力系数。接着，选择湍流模型为SST k-omega(2eqn)。然后，设定边界条件和操作条件，包括壁面粘附性、操作密度等。之后，进行初始化设置，包括使用Hybrid Initialization方法和Patch功能设置初始体积分数。最后，进行计算求解，并在CFD-Post中进行结果后处理，创建云图以可视化模拟结果。

本教程将通过一个完整的二维瞬态计算流体动力学模拟过程，模拟瑞利-泰勒不稳定性流动问题。

1 启动Workbench并建立分析项目

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

2 导入几何体

（1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

3 划分网格

（1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）右键选择模型上部出口，在弹出快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称outlet，单击OK按钮确认。

（3）设置网格尺寸为4e-03m，在Quality中，Smoothing选择High。

（4）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（5）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（6）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（7）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

4 设置材料

（1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

（2）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid和gasoil-liquid单击Copy按钮确认。

（3）将gasoil-liquid的密度调整为500kg/m3，为了计算后果更加显著。

5 定义模型

（1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。勾选Gravity，在Y中填入-9.81m/s2。

（2）在模型设定面板Models中双击Multiphase按钮，弹出Multiphase Model（多相流模型）对话框，选择VOF，Number of Eulerian Phases填入3，勾选Implicit Body Force，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（3）在模型设定面板Models中双击Multiphase下的Phases按钮，弹出Phase（多相流设置）对话框，Phase-1保持默认。

在Phase-2对话框中，Phase Material选择water-liquid，在Phase-3对话框中，Phase Material选择gasoil-liquid，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）在Phase设定对话框中，双击Interaction按钮，弹出Phase Interaction对话框，在Surface Tension选项卡中，勾选Surface Tension Force Modeling，在Adhesion Options中选择Wall Adhesion，对应不同的项输入不同的Surface Tension Coefficients，Phase-1与Phase-2输入0.1，Phase-1与Phase-3输入0.12， Phase-3与Phase-2输入0.15。

（5）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择SST k-omega(2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

6 设置边界条件

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，双击wall弹出边界条件设置对话框。在Wall Adhesion中Phase-2与Phase-3输入80，单击OK按钮确认退出。

7 设置操作条件

（1）单击Operating Conditions按钮弹出Operating Conditions对话框，勾选Specified Operating Density，Operating Density输入0，单击OK按钮并关闭对话框。

8 初始条件

（1）单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

（2）单击主菜单中Setting Up Physics→Adapt→Mark/ Adapt Cells→Region按钮，弹出Region Adaption对话框。

设置两个计算域，分别为：

a. 在X Min中输入-1，X Max中输入1，Y Min中输入0，Y Max中输入1，

b. 在X Min中输入-1，X Max中输入1，Y Min中输入1，Y Max中输入2，

单击Mark按钮确认。

（3）在Solution Initialization（初始化设置）面板中，单击Patch按钮，弹出Patch对话框，Registers to Patch选择hexahedron-r0，Phase选择phase-2，Variable中选择Volume Fraction，在Value中填入1，单击Patch按钮。

Registers to Patch选择hexahedron-r1，Phase选择phase-3，Variable中选择Volume Fraction，在Value中填入1，单击Patch按钮。