Fluent仿真学习：油箱液面晃动问题解析

需求

1. 降低由于加速或减速造成的液晃产生的力的影响
2. 控制油的飞溅
3. 减少实验
4. 容器内流体的控制

主要关注点

1. 冲击压力
2. 流体行为

难点

1. 瞬态仿真，周期较长；
2. 网格需求较高，交界面需求网格较小，而交界面又在不断变化，可以考虑采用FLuent中动态自适应网格；
3. 不同物理模型的耦合；
4. 调节器、弹簧等器件的存在如何考虑进去
5. 自由表面流、湍流、可压缩气体等问题的考虑会增加问题的难度

常用处理方法

1. 变重力法，位移或速度等效为加速度加入到参考系中。
2. 动网格

模型设置

1. 多相流模型：VOF模型，气体作为主相，大多数情况不需要考虑表面张力不过有时需要考虑看具体问题。
2. 粘性模型：建议使用  或 。壁面函数采用scalable wall function （或使用enhanced wall function），主要根据液体有没有到达湍流来确定是否采用湍流模型。

求解设置

1. 建议使用 Explicit VOF（界面捕捉能力较强）
2. P-V耦合：PISO或者SIMPLE或SIMPLEC
3. Transient Formulation: First order 或 Bounded second order
4. 离散格式Gradient: Green-Gauss Node Base / DefaultPressure: PESTO 或 Body force weightedVOF: Geo-ReconstructMomentum: Second Order Upwind
5. 可以使用高松弛因子
6. 考虑不可压缩问题时，可以使用Non Iterative Time Advancement （NITA）。（NITA求解器不建议用于高粘性流体流动；对于流体密度强烈依赖于组分浓度的流动，不建议使用NITA求解器。）

液晃案例

如下图所示，三维长方体容器内液体晃荡案例。

UDF文件如下：

# include "udf.h"
DEFINE_ADJUST(gravity_variable_3d,domain)
{
    real gravity[3];
    real time=0.0;
    time=RP_Get_Real ("flow-time");
    gravity[0]=100*sin(39.25*time);
    gravity[1]=gravity[0]/10;
    gravity[2]=-9.81;
    RP_Set_Real("gravity/x",gravity[0]);
    RP_Set_Real("gravity/y",gravity[1]);
    RP_Set_Real("gravity/z",gravity[2]);
}

打开FLuent导入网格文件，设置如下，瞬态计算，添加液态水，打开VOF模型。

VOF模型设置，使用显示格式，打开Implicit Body Force, 主相为空气，第二项为水，相间作用可以不设置。

导入UDF文件：

Functions Hooks设置为:

操作条件设置如下图，密闭容器操作压力需要设定准确：

求解设置为：

初始化：

通过Cell Registers创建水的初始占据位置，并通过Patch命令将该区域水的体积分数设置为1：

Execute Commands设置如下：

通过创建水体积分数为0.5的等值面，命名为water-0.5：

通过Creat Zone命令将全部区域添加进来并命名为fluid-all:

创建clip:

通过Graphics-Mesh显示水体区域，命名为mesh-1,选中clip和water-0.5，并将颜色调整为蓝色点击Save/Display：

同样的操作显示整个箱体：

创建scene，选中mesh-1和mesh-2并将mesh-2调整为透明，命名为scene-1，显示如下图右边所示。箱体透明，水体为蓝色区域:

动画设置，选中scene-1，每间隔5个time-step输出一次：

计算设置如下，时间步设为0.002，开始计算：

案例文件见评论区。