[案例分析]STARCCM+入门系列之——混合物沉降

1、问题描述

本案例演示了如何在STAR-CCM+ 中为混合物沉降建模。在该模型中，模拟了瑞利一泰勒不稳定性，即矩形试验池中较重的水相在较轻的乙烷相之上。

本案例采用了多流态模型，该模型将VOF 模型和欧拉多相模型的优势集于一个模型中。多流态模型以与VOF模型类似的方式获得清晰的自由表面。但是，如果液滴或气泡比网格可以求解的小，多流态模型将其作为离散相处理。此方法与大漩涡模拟 (LES) 模型类似，在该模型中，求解大于方格的尺度，并对次网格尺度建模。使用二维网格来表示该相。在此模拟中使用的几何如下所示：

2、软件设置

（1）本案例流体是层流。在此模拟中，设置简单层流来研究沉降箱中具有不同密度的两相的分离。使用欧拉多相选项可以定义两相，并使用分离多相选项来定义两相如何进行相互作用。本案例物理连续体的设置如下：

    （2）在物理连续体的欧拉多相节点为多相流创建水和乙烷两相。选择与每相关联的模型。乙烷和水相均按液体建模，且规定它们具有恒定的密度。在选择相模型后，可以为每相设置材料特性。
    （3）定义相间相互作用。选择与每相关联的模型。确定轻重流体相之间的相互作用。使用多相交互作用模型，可确定水和乙烷相之间的相互作用。水相指定为连续相，而乙烷相指定为离散相。右键点击Models >Multiphase Interaction > Phase Interactions，新建一个相间相互作用，并选择相应的物理模型，如下：
     （4）设定初始条件和基准值：创建场函数确定每相初始体积分数。
     在Physics 1 > Models> Eulerian Multiphase > Eulerian Phases节点，为水和乙烷赋初值；

    （5）设置求解器参数和停止条件。本案例使用瞬态模拟，时间步长为0.01 s 运行此计算80 .0 s。最终结果如下：
                                                 水体积分数分布
      

水沉降到箱底部，由于比水轻，乙烷移动到箱顶部。
      流体域中点处的水和乙烷的体积分数各自稳定到预期的值 0.0 和 1.0。这一结果清晰地表明，求解稳定且已收敛。

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