FLUENT模拟气泡的破碎与凝聚
[本例来自于Fluent 13.0官方教程]
FLUENT的附加模型population balance model可以用于计算气泡流的破碎及汇聚。本例使用欧拉多相流配合PBM模型模拟气泡在流动过程中的破碎及凝聚现象。
1、模型描述
计算域几何如图1所示。采用如图所示的圆柱形容器。气泡从底部inlet入口进入，从outlet出口流出。几何尺寸如图所示。由于本例的轴对称特征，因此采用轴对称模型。注意：FLUENT的2D轴对称模型要求对称轴为x轴。计算域模型如图2所示。Axis沿着x轴方向，后边的重力加速度即沿着x轴负方向。划分网格，生成msh文件。
图1 几何模型
图2 计算域模型
2、导入网格
打开Fluent 14.0，读入上一步生成的msh文件。Scale计算域，检查是否在正确的尺寸上。选择[Transient]模拟，设置重力方向x轴负方向，并且设置2D Space为Axisymmetric。如图3所示。
图3 基本设置
3、选择模型
激活PBM模型需要通过TUI命令。在TUI窗口中输入define/models/addon-module，然后输入yes回车即可激活PBM模型。
多相流模型选择Eulerian模型，欧拉相数量为2。如图4所示。
图4 多相流模型
湍流模型选择标准k-e模型，标准壁面函数。湍流多相流模型采用mixture，如图5所示。
图5 湍流模型
双击models中的population balance模型，选择discrete，进入图6所示对话框，进行如图所示设置。
图6 PBM设置
具体含义可以参考fluent PBM手册，这里简要的说明一下。
Kv为增长因子，geometric ratio为几何对数方法，与后面的ratio exponent相对应。
Bins为直径的数量，这里共有6组直径气泡，最小直径0.001191，最大直径
是根据kv及ratio计算出来的。
勾选aggregation kernel及breakage kernel，选择aggregation kernel方法为luo-model，这时会弹出表面张力系数设置，输入0.07。
Frequency选择luo-model方法，同样设置表面张力系数0.07 OK，模型设置到此结束。 4、材料及相设置
添加材料water-liquid，材料属性保持默认。
设置water-liquid为主相，air为第二相。第二相的diameter方法为sauter-mean。若设置相在设置PBM之前，则PBM会自动修改此项。
相间作用可以不用设置。 5、设置计算域
设置operating conditions，设置参考密度为空气密度1.225，如图7所示。
图7 operating conditions设置
6、边界条件设置
确保axis边界类型为axis。
所有的wall边界保持默认，即no slip壁面边界。 （1）Velocity inlet边界：
设置mixture相：如图8所示，设置湍流参数。
图8 入口mixture相设置
设置air相：
设置momentum标签页下的速度为0.02m/s。进入multiphase标签页，进行如图9所示设置。
图9 入口设置
设置volume fraction为1，表示进入的全部为air。
设置bin-3-fraction为1，其他全部为0。表示进入的气泡粒径为bin-3。