FLUENT虹吸现象模拟
1 前言
虹吸(siphonage)是利用液面高度差的作用力现象，将液体充满一根倒U形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出（——来自360百科），今天我们做一个简单的虹吸现象案例。
2 建模与网格
建立如下二维水箱和水管模型，水箱尺寸为200mm×200mm，水管直径10mm。水管从水箱中心插入水里，并且距离水箱底部50mm，水箱的初始水位为100mm。水管里充满了水，水管出口位于水面以下，这样插入水箱后便可在虹吸作用下将水箱的水排出。划分四边形网格，节点数13352。这里为了便于初始化，在插入水箱的水管端面建立了一条线，但是其边界条件为interior，通过该线将整个计算域划分为水箱和管道两个域。 3 求解设置
该问题为两相流，本案例采用VOF模型，并将水设为主相，空气设为次相，同时为减少计算量，不考虑两相间作用力。 设置两个压力出口的次相回流体积分数为1，表示外部全部为空气。 采用patch初始化水箱水位和管道内部水，初始状态如下图。 初始时刻，水箱内水的重量为19.46518kg（998.2×0.2×0.1=19.964kg，数值误差2.56%） 4计算结果
管道出口的水流量随时间的变化曲线如下图，可以看出0.5s之前流量迅速增大（负号表示流出管道），随后流量逐渐减小，可以预知当水位降到管道末端以下时，水流量为将为0。 水箱的水重量随时间的变化曲线如下图，可以看出水被排出而重量逐渐减小。另外，到1.553s时水箱内部的水重量为12.62359kg，共排出6.84159kg水。可以对以上的管道流量曲线进行积分（每个时刻的流量乘以时间步长之和），即排出的水量为6.94774kg，误差1.55%。 1.553s时刻的水体积分数分布如下，可以看出水位下降了不少。另外，由于我们没有考虑表明张力，忽略了液相和壁面的接触角，因此水面始终呈现平面。 1.553s时刻的速度分布如下，可以看出显著的流动主要发生在管道内部。 1.553s时刻的静压力分布如下，可以明显看到管道顶部的压力最低，这也是虹吸作用的本质。著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
最近编辑：1年前
