旋转筒中两种不混溶液体界面仿真研究

参考资料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual

算例说明

本案例模拟了两个不混溶的液体(水和硅油)之间的层流界面。在一个竖直圆柱体内，从静止状态开始旋转并以恒定的角速度旋转，硅油由于其较低的密度而停留在水的上部，容器顶部密封。

计算域：直径46mm，高120mm

物质属性：水密度为1030kg/m3，粘度为0.00103kg/m-s；硅油密度为935kg/m3，粘度为0.0103kg/m-s

边界条件：旋转角速度为2.39577 rad/s

网格划分

采用矩形网格，网格数量为4968

计算域分为左右两个部分，左侧为水，右侧为硅油

计算设置

本次计算为瞬态轴对称计算，考虑重力影响。

• 物质属性
  

计算物质设置为水和硅油，设置它们的密度等参数

（1）水

（2）硅油

• 多相流模型

（1）选择VOF多相流模型

（2）主相设为硅油，次相为水

（3）设置表面张力

• 湍流模型
  

选择为层流

• 边界条件

设置壁面的选择速度

• 求解控制

（1）求解方法

（2）松弛因子

• 初始化

（1）设置计算域为硅油

（2）设置右侧计算域为硅油

• 设置时间步长

计算结果

• 计算域云图展示
  

速度云图

• 计算值与实验值对比

对比80s时x=20mm处，不同半径位置周向速度值对比

参考文献

T. Sugimoto, M. Iguchi, “Behavior of Immiscible Two Liquid Layers Contained in Cylindrical Vessel Suddenly Set in Rotation”. ISIJ International, Vol 42, pp. 338- 343, 2002