基于OpenFOAM对两气泡间相互作用的研究
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基于OpenFOAM软件CFD模拟的海上平台上塔设备内收集器的优化设计
（4）
转动（绕 y 轴）: 茁(t) = A 茁sin(棕茁t+渍茁)
（5）
转动（绕 x 轴）:酌(t) = 酌sin 酌t +渍酌
（6）
运动响应可改写成坐标系内的运动，见式（7）。
x' cos琢 杉山
煽衫 杉山
山
衫山
山
衫山
y' sin琢 山
衫山
山 山 山
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衫山 衫山
山
衫山
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衫山
删山
闪衫 删山
第 43 卷 第 2 期 2018 年 2 月
上海化工 Shanghai Chemical Industry
·27·
工作研究
基于 OpenFOAM 软件 CFD 模拟的 海上平台上塔设备内收集器的优化设计
卢臣
上海苏尔寿工程机械制造有限公司 （上海 201306）
摘 要 利用开源计算流体力学（CFD）软件 OpenFOAM 模拟海上平台上收集器内气液两相流的运动，追踪收集 器内最高液位随时间的变化。模拟结果表明：初始设计的收集器内最高液位高于直立管的高度，甚至到 达收集器的顶部，液体有从直立管溢出的风险。经过结构优化后，最高液位得以明显降低，液体溢流的风 险得以消除。
整个海上平台的重心相对于收集器模型的坐标 是（-75 m，-20 m，-41.5 m），气液两相流的模拟采用 流体体积函数（VOF）多相流模型[6]进行。由于平台随 海浪做周期性运动，故模拟采用瞬态模拟，流体模型 采用 - 湍流模型。迭代残差的收敛判据为 1e-5， 壁面无滑移边界。气体、液体的物性参数如表 5 所 示。
关于海上平台上气液两相流的研究，大多集中 于内部流场[1]与外部流场[2-5]，同时模拟晃动的平台 与内部气液两相流的文献不多。本文针对海上平台 不断晃动的特点, 通过利用开源计算流体力学 （CFD） 软件 OpenFOAM 模拟其上塔设备内收集器 中气液两相的流动，对塔设备中收集器的设计进行 模拟验证及优化。收集器作为塔设备中的常用部件， 承担着收集并预分布液体、重新分布气体的作用。液 体与气体在收集器各自的流道内互不干扰，才能达 到最优的效果。
基于OpenFOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟
基于OpenFOAM的浅滩波浪破碎区⽓液两相流耦合模拟２０１８年１１⽉⽔运⼯程Ｎｏｖ２０１８第１１期⼀总第５４８期Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ⼀ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏ１１⼀ＳｅｒｉａｌＮｏ５４８基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的浅滩波浪破碎区⽓液两相流耦合模拟张陈浩１?郑⼀茜２(１中交天津港航勘察设计研究院有限公司?天津３００４６１?２天津⼤学仁爱学院?天津３０１６３６)摘要:基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ开源⼯具箱?植⼊动量阻尼⽅程和规则波动⽹格边界?形成可靠的三维动⽹格⽓液两相流数值波浪⽔槽?在设置斜率为１６的斜坡平台上?模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的⽓液两相流破碎演化过程?数值模拟结果与试验值吻合较好?对波浪在浅滩破碎区发⽣的变形⼆坍塌⼆周围⽓体变化等情况模拟完整?可为波浪破碎机理研究提供较好的数据⽀撑?关键词:ＯｐｅｎＦｏａｍ?波浪破碎区?⽓液两相流?数值模拟中图分类号:ＴＶ１３９２＋５:Ｕ６５２⽂献标志码:Ａ⽂章编号:１００２￣４９７２(２０１８)１１￣００３８￣０５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｃｏｕｐｌｉｎｇｉｎｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＦＯＡＭＺＨＡＮＧＣｈｅｎ￣ｈａｏ１ＺＨＥＮＧＱｉａｎ２１ＣＣＣＣＴｉａｎｊｉｎＰｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＰｒｏｓｐｅｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ. Ｌｔｄ. Ｔｉａｎｊｉｎ３００４６１Ｃｈｉｎａ２ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｎａｉＣｏｌｌｅｇｅＴｉａｎｊｉｎ３０１６３６ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＯｐｅｎＦＯＡＭｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｄａｍｐｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｇｒｉｄｂｏｕｎｄａｒｙａｒｅｉｍｐｌａｎｔｅｄｔｏｆｏｒｍａｒｅｌｉａｂｌｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｖｉｎｇｇｒｉｄｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｗａｖｅｆｌｕｍｅ.Ｏｎｔｈｅｓｌｏｐｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈａｓｌｏｐｅｏｆ１６ｔｈｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗａｖｅｓｉｎｔｈｅｃｏａｓｔａｌｓｈａｌｌｏｗｂａｎｋｓｕｒｆｚｏｎｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ.Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄａｍｂｉｅｎｔｇａｓｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｂｅａｃｈｃｒｕｓｈｉｎｇａｒｅａｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｇｏｏｄｄａｔａｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｃｒｕｓｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ.ＫｅｙｗｏｒｄｓＯｐｅｎＦｏａｍｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ收稿⽇期:２０１８￣０３￣１５作者简介:张陈浩(１９８７ )?男?⼯程师?从事港⼝航道⼯程设计研究⼯作?⼀⼀近岸浅滩是波浪破碎的主要区域?波浪破碎区的⽔动⼒特性直接影响着泥沙输移和海床演变?是海岸研究中最为关键的问题之⼀?同时?近岸带起着重要的⽣态隔离和缓冲功能?我国近年对海岸线的⽣态保护和修复尤为重视?⽽波浪破碎对⽣物⽣存空间和近岸⽔⼯建筑物的影响⼗分明显?因此对其复杂⾃然过程的研究⾮常必要?许多学者利⽤实验室观测和数值模拟研究了波浪破碎带的输移特性?基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｑ⽅程或浅⽔⽅程的数值模拟常常被⽤于描述波浪破碎区的流场情况和紊流特性１ ?蒋昌波等２利⽤平均雷诺数的Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)⽅程模拟了近岸冲泻区的波浪破碎⼆增减⽔的动⼒特性?李⽟成等３利⽤边界元法直接求解Ｌａｐｌａｃｅ⽅程?模拟了斜坡上规则波的传播与变形特性?本⽂基于ＣＦＤ开源⼯具箱ＯｐｅｎＦＯＡＭ?利⽤Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)⽅程建⽴基于动⽹格的⼆维数值波浪⽔槽?对波浪通过斜坡平台的传播特性进⾏了数值模拟?详细分析了平台上破碎区内流场结构和运动变化特征?１⼀计算⽅法１１⼀控制⽅程有些学者在建⽴数值波浪⽔槽时通常采⽤⼊。
openfoam两相气泡算例
openfoam两相气泡算例OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation) 是一个开源的计算流体力学(CFD) 软件套件，可用于模拟复杂流动问题。
其中一个常见的应用是模拟两相流动，特别是气泡的行为。
本文将会一步一步回答有关OpenFOAM两相气泡算例的问题，从设置初始条件到分析结果，详细介绍如何使用OpenFOAM进行两相气泡模拟。
1. 初始设置:在开始之前，我们需要设置初始条件以模拟两相气泡流动。
首先，我们需要定义气泡的几何形状和初始位置。
这可以通过在OpenFOAM中创建气泡的网格来实现。
网格可以是结构化或非结构化的，具体取决于问题的复杂性和几何形状。
然后，我们需要定义气泡的初始速度和物理性质，如密度和粘度。
2. 定义边界条件:接下来，我们需要定义边界条件，以模拟气泡与周围流体之间的相互作用。
这可以通过设定速度、压力或表面张力等边界条件来实现。
例如，我们可以将气泡表面视为完全粗糙的，并使用液体的粘性边界条件来模拟气泡与流体之间的摩擦。
另外，我们还可以根据需要定义其他边界条件，比如入口和出口边界条件。
3. 设置物理模型:在进行模拟之前，我们需要选择适当的两相流动模型。
OpenFOAM提供了多种模型，包括欧拉模型、拉格朗日模型和VOF (Volume of Fluid) 模型等。
在两相气泡模拟中，常用的模型是VOF模型，它通过跟踪气泡和流体相的界面来计算两相流动的行为。
4. 设置求解器:了解边界条件和物理模型后，我们需要选择并配置适当的求解器来解决两相气泡问题。
OpenFOAM提供了许多求解器选项，可以根据具体问题和求解器的速度、收敛性和精度要求来进行选择。
一般来说，在两相气泡模拟中，我们可以使用两相流场的连续方程和动量方程的离散形式进行求解。
5. 运行模拟:一旦完成初始设置、定义边界条件、选择物理模型和求解器配置，我们就可以开始运行两相气泡模拟了。
OpenFOAM在传热学教学中的应用
OpenFOAM在传热学教学中的应用【摘要】本文主要探讨了OpenFOAM在传热学教学中的重要性和应用。
首先介绍了OpenFOAM在传热学课程中的基本原理，包括自然对流、对流换热、传热传质方程等内容。
接着讨论了OpenFOAM在传热学实验和理论研究中的应用，以及在教学中的案例分析。
最后总结了OpenFOAM在传热学教学中的作用和意义，展望了其未来的发展前景。
通过本文的研究，可以更好地了解OpenFOAM在传热学教学中的价值和潜力，为教学改革和传热学领域的发展提供参考。
【关键词】OpenFOAM, 传热学, 教学, 应用, 原理, 实验, 理论研究, 案例分析, 未来发展, 作用, 意义, 发展前景.1. 引言1.1 介绍OpenFOAM在传热学教学中的重要性通过OpenFOAM，学生可以在模拟中直观地观察和分析流场、温度场等物理量的分布情况，从而更好地理解热传输的规律和机理。
OpenFOAM也提供了丰富的边界条件和求解算法，使得学生可以灵活地设置模拟参数，探究不同情况下传热过程的变化规律。
通过在OpenFOAM中进行传热学实验和理论研究，学生能够培养自主学习和问题解决能力，提升工程实践能力。
OpenFOAM在传热学教学中的重要性不言而喻。
它不仅可以帮助学生更好地理解传热学的知识，还可以培养他们的工程思维和实践能力，为他们未来的工程实践奠定坚实的基础。
在本文中，我们将探讨OpenFOAM在传热学教学中的应用，以及其在未来发展中的潜力和前景。
1.2 概述本文的研究内容和目的本文旨在探讨OpenFOAM在传热学教学中的应用，其中包括在传热学课程、实验、理论研究和案例分析中的具体应用。
通过研究OpenFOAM在传热学教学中的作用和效果，旨在总结其在教学实践中的重要性和意义，并展望未来OpenFOAM在传热学教学中的发展前景。
本文将分析OpenFOAM在传热学领域的基本原理，解释其在传热学教学中的优势和局限性，探讨其对传热学理论的启发和提升，以及探讨实际案例中的应用情况。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究水动力特性的重要手段。
OpenFOAM作为一种开源的CFD软件包，在处理复杂流体流动问题，尤其是两相流模型试验的水动力特性模拟方面，展现出强大的能力。
本文旨在基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型的水动力特性进行数值研究，分析流动过程及现象，并为类似的两相流模拟提供理论支持和实验依据。
二、背景及研究意义在水利工程、环境科学、海洋工程等领域中，挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。
然而，传统的实验方法往往受到实验条件、设备精度等因素的限制，难以全面、准确地描述复杂的流动过程和现象。
因此，基于数值模拟的方法显得尤为重要。
OpenFOAM作为一款强大的CFD软件包，可以有效地模拟挑流水气两相流的流动过程，揭示水动力特性的本质。
三、研究方法本研究采用OpenFOAM软件包进行数值模拟。
首先，根据挑流水气两相流的特点，建立合适的物理模型和数学模型。
其次，通过OpenFOAM的求解器进行数值计算，包括网格生成、边界条件设定、物理参数设置等步骤。
最后，对计算结果进行后处理和分析，得出水动力特性的相关结论。
四、数值模拟结果与分析1. 流动过程分析通过OpenFOAM的数值模拟，我们可以清晰地看到挑流水气两相流的流动过程。
在流动过程中，气体和液体相互影响，形成复杂的气液界面。
随着水流的速度和方向的变化，气液界面的形态也随之发生变化。
这些变化对水动力特性有着重要的影响。
2. 水动力特性分析在数值模拟中，我们关注了挑流水气两相流的水动力特性，如流速分布、压力分布、涡旋等。
通过分析这些特性，我们可以得出挑流水气两相流的流动规律和特点。
例如，流速分布的不均匀性会导致局部压力的变化，进而影响整个流动过程。
涡旋的存在则会对流场的稳定性产生影响。
五、结论与讨论本研究基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行了数值研究。
低速船舶微气泡减阻数值研究
低速船舶微气泡减阻数值研究
赵晓杰;宗智;王加夏;洪智超;胡俊明
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2024(28)3
【摘要】为了研究船舶微气泡减阻规律,本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型,对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。
对气液两相分别建立控制方程,考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎,采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型,忽略自由面影响,采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响,分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。
结果表明:微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力;喷气量直接影响减阻率,喷气量越大,减阻率越高;较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀,同时湍流运动粘度较小,可以更有效减阻;气泡沿着流向会聚并,气泡越小聚并越剧烈;较高航速和小吃水更有利于减阻。
【总页数】11页(P368-378)
【作者】赵晓杰;宗智;王加夏;洪智超;胡俊明
【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院;大连理工大学船舶工程学院;工业装备结构分析国家重点实验室;江苏省船舶与海洋工程装备技术创新中心
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.船舶微气泡减阻数值试验研究
2.船舶微气泡润滑减阻的研究进展与数值模拟
3.不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究
4.二维船舶微气泡减阻数值模拟
5.船舶吃水对微气泡减阻影响的水池试验研究
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基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究
基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值
研究
刘晗月;任春平;黄旭中
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。
运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。
将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。
最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L_(1)、1.23L_(2)、1.093L_(3)、1.001L_(4)处。
最大塘底压强位于距挑坎约0.91L3处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。
研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。
【总页数】5页(P115-119)
【作者】刘晗月;任春平;黄旭中
【作者单位】太原理工大学水利科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV651.1
【相关文献】
1.溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究
2.溢洪道挑流水舌形状数值模拟计算研究
3.溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究
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5.溢洪道挑流消能段水气两相流的数值模拟
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OpenFOAM研究博文集
“OpenFOAM 研究”博文集
【第一集】
苏军伟 原著 田 超 编纂
2011 年 3 月
说明
本文档内容是根据苏军伟博士的OpenFOAM 研究”博客的博文 整理而成，版权归苏军伟博士所有，供国内 OpenFOAM fans 学习使 用，严禁用于商业用途。 OpenFOAM 研究网址：/openfoamresearch OpenFOAM 开源计算群：34757558（国内最大，人数最多的在线 CFD 交流平台） 本博文可以作为初学者关于 OpenFOAM 的 Frequently Asked Questions (FAQ)文件，用于解答学习 OpenFOAM 中的基础问题，请 new Foamers 详细阅读自己感兴趣的部分。文中不免有疏漏和错误， 恳请广大 Foamers 批评指正。 田 超 2011 年 3 月于北航 387210626（超人不会飞）
applicationssolversincompressibleoodles2求解器文件夹结构makefilescreatefieldshoodlesc3求解器功能任意不可压缩湍流流动湍流模拟大涡模拟les4文件说明1options编译选项用于指定编译用到的头文件位置及其动态库文件内容用到的头文件文件夹exeinc大涡湍流模型头文件ilibsrcturbulencemodelsles大涡delta函数头文件ilibsrcturbulencemodelsleslesdeltaslninclude传输模型头文件牛顿流体或者非牛顿流体选择
3
38. 39. 40. 41. 42. 43.
OpenFOAM 中的参数字典使用剖析 ...................................................................................71 OpenFOAM>>solver>>incompressible>>icoFoam 的说明 ...................................................72 OpenFOAM 安装详解...........................................................................................................75 OpenFOAM>>solver>>basic>>scalarTransportFoam 的说明 ...............................................77 OpenFOAM>>solver>>basic>>potentialFoam 的说明 .........................................................79 OpenFOAM>>solver>>basic>>laplacianFoam 的说明..........................................................82
【第一集】
苏军伟 原著 田 超 编纂
2011 年 3 月
说明
本文档内容是根据苏军伟博士的OpenFOAM 研究”博客的博文 整理而成，版权归苏军伟博士所有，供国内 OpenFOAM fans 学习使 用，严禁用于商业用途。 OpenFOAM 研究网址：/openfoamresearch OpenFOAM 开源计算群：34757558（国内最大，人数最多的在线 CFD 交流平台） 本博文可以作为初学者关于 OpenFOAM 的 Frequently Asked Questions (FAQ)文件，用于解答学习 OpenFOAM 中的基础问题，请 new Foamers 详细阅读自己感兴趣的部分。文中不免有疏漏和错误， 恳请广大 Foamers 批评指正。 田 超 2011 年 3 月于北航 387210626（超人不会飞）
applicationssolversincompressibleoodles2求解器文件夹结构makefilescreatefieldshoodlesc3求解器功能任意不可压缩湍流流动湍流模拟大涡模拟les4文件说明1options编译选项用于指定编译用到的头文件位置及其动态库文件内容用到的头文件文件夹exeinc大涡湍流模型头文件ilibsrcturbulencemodelsles大涡delta函数头文件ilibsrcturbulencemodelsleslesdeltaslninclude传输模型头文件牛顿流体或者非牛顿流体选择
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OpenFOAM 中的参数字典使用剖析 ...................................................................................71 OpenFOAM>>solver>>incompressible>>icoFoam 的说明 ...................................................72 OpenFOAM 安装详解...........................................................................................................75 OpenFOAM>>solver>>basic>>scalarTransportFoam 的说明 ...............................................77 OpenFOAM>>solver>>basic>>potentialFoam 的说明 .........................................................79 OpenFOAM>>solver>>basic>>laplacianFoam 的说明..........................................................82
基于OpenFOAM的气泡上升特性数值模拟
基于OpenFOAM的气泡上升特性数值模拟蔡杰进;曾庆允;渡边正【期刊名称】《热力发电》【年(卷),期】2013(042)009【摘要】基于开源OpenFOAM架构,对气泡的上升速度和形状进行模拟,模拟结果均与试验数据吻合,表明了计算模型能够准确模拟气泡的运动特征.利用经过验证的模型对不同初始直径气泡的上升速度、压力和气泡纵横比随时间的变化规律以及不同Bo数和Mo数对气泡形状的影响进行系统分析和研究发现:气泡上升过程有一定的加速时间,且速度最终趋于某稳定值,但会有很微小幅度的摆动,初始直径越大的气泡最终上升速度越大；气泡内部压力很快达到一个最大值后,随着气泡上升时间的增长而变小,同时刻下直径较大的气泡,其压力也较大；小气泡的变形较小,且当气泡直径大于某值时,最终的纵横比趋于一定；Bo数为O(0)量级以下或Mo数很大(O(8))时气泡为球形几乎不变形,增大Bo数或减小Mo数气泡逐渐产生形变.【总页数】4页(P24-27)【作者】蔡杰进;曾庆允;渡边正【作者单位】中山大学中法核工程与技术学院,广东珠海 519082;中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州 510275;中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州510275;福井大学核工程研究所,日本福井914-0055【正文语种】中文【中图分类】TK284【相关文献】1.单个气泡静水中上升特性的数值模拟 [J], 徐玲君;陈刚;邵建斌;薛阳2.气泡在静水中上升破裂产生射流特性的数值模拟 [J], 程军明;吴伟烽;聂娟;刘展;冯全科3.静水中气泡上升运动特性的数值模拟研究 [J], 鞠花;陈刚;李国栋4.基于界面追踪法的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟 [J], 潘雁妮;吴忱韩;张莹5.基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究 [J], 何少鹏;王明军;章静;田文喜;苏光辉;秋穗正因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。
挑流水气两相流作为一种常见的自然现象和工程问题，其水动力特性的研究对于理解水流运动规律、优化工程设计和提高环境保护水平具有重要意义。
本文基于OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。
二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个开源的CFD软件包，具有强大的计算能力和广泛的适用性。
它采用面向对象编程语言C++编写，支持并行计算和网格自适应，能够处理复杂的流体流动问题。
在挑流水气两相流的研究中，OpenFOAM可以模拟水流、气体和颗粒物之间的相互作用，为研究水动力特性提供有力支持。
三、挑流水气两相流模型试验挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。
通过搭建试验装置，模拟实际水流和气体流动情况，观察和记录水流、气体和颗粒物的运动状态和相互作用。
在试验过程中，需要关注水流速度、流向、流量等关键参数的测量和记录。
四、数值研究方法本文采用OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验进行数值研究。
首先，根据试验装置和流动条件建立计算网格；其次，选择合适的湍流模型和两相流模型，设置边界条件和初始条件；然后，进行数值计算和结果分析。
在数值研究中，需要关注水流速度、流向、压力等关键参数的分布和变化规律。
五、水动力特性分析通过对挑流水气两相流模型试验的数值研究，可以得出以下水动力特性：1. 水流速度分布：在挑流过程中，水流速度在不同位置和方向上存在差异。
通过数值模拟，可以得出水流速度的分布规律，为优化工程设计提供依据。
2. 流向变化：挑流过程中，水流的流向会发生变化。
通过数值模拟，可以分析流向变化的原因和规律，为预测和控制水流运动提供依据。
3. 能量损失：挑流过程中，由于水流与气体、颗粒物的相互作用以及水流内部的摩擦等因素，会产生能量损失。
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程复杂的多，尤其是两个气泡相距比较近的时候，不仅其周围的流场结构会发生变化而且两气泡自身的 形状和上升轨迹也会随之发生改变，同时气泡之间还可能发生碰撞和融合等现象。
3.1. 水平分布的两气泡在静水中运动的形变和流场变化
图 1 为水平放置中心间距为 0.02 m 的两气泡在时间 t = 0 - 0.50 s 内的形变和流场变化的二维图。 图 1(a) 是 t = 0 s 时刻两气泡的初始状态图。由图 1(b)可以观察到当 t = 0.05 s 时，在浮力作用下，两气泡同时向 上运动，由于在上升过程中气泡上下表面之间存在压力差，底部压力大于顶部，所以底部开始凹陷，气
(2)
式中 ρ 表示流体的密度， µ 表示流体的粘滞度， g 表示重力加速度， D 为应力张量，满足
= Dij
F 为表面张力，满足
1 ∂ui ∂u j +Leabharlann 2 ∂xi ∂x j
F =σ
ρκ∇α g
1 ( ρl + ρ g ) 2
式中 σ 表示表面张力系数， κ 为交界面曲率， α g 为气相体积分数， ρ g 为气相密度， ρl 为液相密度。 3) 采用 VOF 法追踪气泡界面的体积分数输运方程
2. 数学模型
2.1. 模型简介
OpenFOAM (英文 Open Source Field Operation and Manipulation 的缩写)， 意为开源的场运算和处理软 件)是对连续介质力学问题进行数值计算的 C++自由软件工具包，其代码遵守 GNU 通用公共许可证。它 可进行数据预处理、后处理和自定义求解器，常用于计算流体力学(CFD)领域。它对于处理一个算例由三 个部分构成：前处理部分，求解部分，后处理部分。本文在数值模拟过程中使用的是 OpenFOAM 软件包 中的多相流下的层流瞬态求解器 interFoam，它是在有限体积法原理的基础上使用有界压缩的 VOF 法追 踪气液两相界面的。
Applied Physics 应用物理, 2015, 5, 61-70 Published Online July 2015 in Hans. /journal/app /10.12677/app.2015.57009
Study of the Interaction between Two Bubbles Based on OpenFOAM
收稿日期：2015年6月30日；录用日期：2015年7月13日；发布日期：2015年7月21日
摘
要
本文基于OpenFOAM软件，选用SIMPLEC算法，采用VOF模型中的PLIC界面几何重构方法，模拟研究了 二维水平分布和竖直分布的两气泡在静水中运动时形状的变化，周围流场变化及气泡与流场相互影响的 整个过程，同时还分析了气泡间距，容器宽度对气泡运动的影响。结果表明：不同时刻，气泡在上升过 程中以不同的形状对称分布，且由于涡流场的存在引起水平分布的两气泡在上升过程中反复的相互吸引 和排斥，呈摇摆状上升；而垂直分布的两气泡则会出现反复融合和分离的现象。气泡间距越大，两气泡 间的相互作用越小。容器越宽，气泡运动受其影响越小。
Keywords
SIMPLEC Algorithm, VOF Model, Bubble, Flow Field
基于OpenFOAM对两气泡间相互作用的研究
郑 霞，沈壮志*，王 霞，杨 佳，李 丽
陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西 西安 Email: *szz6@
*
通讯作者。
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基于 OpenFOAM 对两气泡间相互作用的研究
Xia Zheng, Zhuangzhi Shen*, Xia Wang, Jia Yang, Li Li
College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an Shaanxi Email: *szz6@ Received: Jun. 30th, 2015; accepted: Jul. 13th, 2015; published: Jul. 21st, 2015 Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
2.2. 控制方程
1) 不可压缩牛顿流体的连续性方程
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∇ ⋅u =0
式中 u 表示流体流动的速度， ∇ 表示拉普拉斯算子。 2) 考虑表面张力的动量方程
基于 OpenFOAM 对两气泡间相互作用的研究
(1)
ρ
∂u + ( u ⋅∇ ) u = −∇p + ∇ ⋅ ( 2 µ D ) + ρ g + F ∂t
2.3. 参数设置
本文采用结构化网格，容器大小 0.1 m × 0.2 m，相应的网格数为 200 × 200 个，容器的左右及底面均 为无滑移边界，顶面为自由边界，表压为 0 Pa，静水压为 105 Pa 时间步长为 0.0001 s，气泡初始半径为 0.01 m，气泡中心距离容器底部 0.01 m。气体和液体两相的物理参数分别采用 20℃时的空气及水的物理 粘滞度 µl = 1.48e −5 m 2 s ， 水密度 ρ g = 1000 kg m3 ， 粘滞度 µ g = 1e −6 参数， 其中空气密度 ρl = 1 kg m3 ，
Abstract
Applying the OpenFOAM software by adopting the SIMPLEC algorithm and VOF model of the PLIC, the motion characteristics of two bubbles (horizontal and vertical distribution) in still water were numerically simulated. The process of bubble shape deformation, the flow field changes around the bubbles, the interaction between the bubbles and flow field, and the influence of the separation distance and the width of container on bubbles motion were analyzed in detail. The results showed that the bubbles are symmetrically distributed in different shapes at different moments. Due to the existence of the vortex field, the two horizontal bubbles attract or repulse each other periodically in the process of rising, and meanwhile the bubbles will swing up. But, the two vertical distribution bubbles will coalesce or separate repeatedly. With the increasing distance of the two bubbles, the interaction strength becomes smaller. With the increasing width of the container, the influence of container on bubbles motion becomes smaller.
Figure 1. The deformation and the flow field changes of two bubbles of horizontal distribution in still water 图 1. 水平分布的两气泡在静水中运动的形变及流场变化
(a) (t = 0 s)
(b) (t = 0.05 s)
(c) (t = 0.1 s)
(d) (t = 0.15 s)
(e) (t = 0.25 s)
(f) (t = 0.30 s)
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基于 OpenFOAM 对两气泡间相互作用的研究
(g) (t = 0.40 s)
(h) (t = 0.50 s)
关键词
SIMPLEC算法，VOF模型，气泡，流场
1. 引言
研究气泡在液体中的运动过程对自然现象和船舶工程、海洋工程、核能工程、生物工程、环境科学 以及含气泡水体的水动力特性开展研究有着重要的理论和实际意义。一般气泡在液体中处于静止状态时 不会对周围环境造成较大的影响，但气泡在液体中运动或破裂时能够引起压力波动，这会对设备和化学 反应过程造成很大的影响[1]-[3]，如船舶螺旋桨水流、水轮机和水泵的空化空蚀、废水处理，气液化学反 应等，因此对气泡运动规律的研究也越来越受到国内外学者的关注，而对气泡运动界面的追踪是研究的 重点。 目前发展较成熟的界面追踪法有边界积分法[4]-[8]， 水平集法[9] [10]， 格子法[11]， VOF 法[12] [13] 等，在众多方法中 VOF (Volume of Fluid)法以易实现、计算量小、模拟精度高等优点被广泛应用于模拟 气泡运动方面。Robinson [14]采用边界积分法分析了二维气泡在无粘流体中上升运动。焦焱[15]采用了格 子法对液体中的气泡聚并行为进行了模拟，分析了流体粒子间作用力下气泡聚并的影响因素。张淑君等 [16]采用 VOF 模型中的 PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation)界面追踪法，模拟了大量气泡在水中 上升，变形，碰撞过程。本文选用 OpenFOAM 软件采用 VOF 模型中的界面几何重构法模拟了静水中水 平放置和竖直放置的两气泡的运动过程，并分析探讨了气泡上升过程中的气泡的形变，周围流场的运动 情况，以及流场对气泡运动的影响。