fluent二维水下爆炸气泡运动模拟

mycc

courant number是指时间步长和空间步长的相对关系，vof模型一般建议courant number不超过0.25，可以通过减小时间步长来达到减小courant number的目的

hxmhxm

感谢mycc版主，这两天的计算又发现了一些问题；1、axisymmetric，axisymmetric swirl之间的区别问题。上网查了一下，目前的理解是axisymmetric swirl是旋转轴对称，即画的半个圆绕x轴旋转360度，实际上是模拟三维水域的。而axisymmetric则是二维的对称，即以版主的网格为例（上半圆），用axisymmetric实际是模拟二维平面上的一个圆形区域。--不知这么理解对不对？


2、自己画了个圆形水域，进行planar计算。初始气泡，外水域半径，初始压力与温度均与版主的设置一致。即初始气泡半径0.01m，外水域半径2m，初始气泡压力2.0e9，初始温度5854k。由于网格划分的不好，计算到60ms时不收敛而终止。但此时气泡仍处于膨胀时期，且半径已经超过了1m。




3、仍然使用2m的圆形水域，进行planar计算，初始气泡的半径设为0.1m（放大了10倍），此时根据理想气体能量公式。初始气泡压力约为2.0e6，初始温度仍为5854K。这次的计算结果显示气泡周期>130ms。

后两点的计算结果与我原来进行的planar计算工况反映的情况基本相符，即在二维平面计算中，周期比实际的要长。结合以上3点来看，是否可以认为这种气泡脉动的计算在三维域中比较准确。而在二维域中求解是得不到准确值的（半径与周期不能同时满足的矛盾，也无法与能量等效原理一致）---以上是我的疑问？还请版主多费心

hxmhxm

我还将版主的case文件改为axisymmetric，即将axis边界由axis改为symmetry。发现x-moment不收敛。

这两天画了很多网格，做了很多计算，发现了ansys fluent的一个bug。即当上次运算后，不关闭fluent，直接读取mesh，或case文件。同时使用patch中的mark域来进行初始化的补丁。则设置成的transient失效。实际计算的时候，仍然使用的是steady计算。




解决的办法就是，上次分析后关闭fluent窗口，再次由程序中启动，读入mesh或case文件，则相同的设置时，瞬态计算（transient）可以正常进行。




这两天一直被这个问题困扰，自己的case计算总是没有时间步长。开始怀疑是不是必须使用mesh interface，用zone来初始化，而不能用patch来初始化，后来怀疑是划分的网格的有问题。最后终于找到了这个原因-----晕。

日月居士

楼主，看来你这几天进步很大啊！关键是气泡周围的压力场输出来看看怎么样，周期和半径能够与经验公式对上并不难，压力载荷以及流固耦合后结构响应情况如何？

hxmhxm

载荷上估计冲击波压力肯定是差的比较多了。至于低压区和气泡脉动压力暂时还没比较。
这只是自由场中的气泡模拟了，涉及到结构的流固耦合，这种轴对称模型就不太好往里加结构了。
如果二维planer计算确实无法得到合理的周期解。那么计算流固耦合就必须使用传统的三维流场进行计算了。
---三维的目前的困难主要是划网格的问题，要是按照0.01m这个尺寸，1m*1m的单元数至少要到100万量级了。
兄弟这两天正研究truegrid画网格方法，如果能将网格控制在10万以内，兄弟的机器还是可以算算！！40万个以上就动不了了！！

sookzhou

太厉害了 刚刚开始做fluent

hxmhxm

我意思气体状是一方面，但是气体周围的水肯定不是不可压的。
水若无痕 发表于 2009-11-3 14:10

感谢水若兄，随着计算的深入，发现了压力的问题，呵呵！！
冲击波压力和气泡脉动压力果然是相差很多啊！！

**首先是冲击波压力过大，爆距0.3m处，峰值大约有128MPa，实际的峰值大约在27MPa

****其次是气泡收缩产生的脉动压力过小。计算为0.6MPa，实际为4.7MPa。

冲击波小于2500MPa时，水的等熵状态方程：p=G[(rou/rou0)^n-1);其中p为压力，G=2.984e8; n=1.75.rou为水的密度，rou0为水的初始密度。
根据这个公式推导出密度随压力的变化公式，rou=[(p/G+1)*rou0^n]^(1/n)

在本版找了一个使水的密度随压力变化的udf改了一下，如下
#include "udf.h"
DEFINE_PROPERTY(cell_density,cell,thread)
{
  real density;
  real pressure=C_P(cell,thread);
        density=pow((pow(1000,7.15)*((pressure/ 2.984e8)+1),(1/1.75);
  return density;
}
使算例中的水的密度使用udf。
但发现冲击波压力有点靠普了，但气泡到最大半径处一直发生震荡而无法收缩了。

目前分析是不是哪里的逻辑有问题导致了密度-压力-密度发生了死循环啊？
以上问题一直困扰中，还请各位高人帮忙分析分析！！！！

水若无痕

您好：首先，我觉得您的工作做得非常好，值得我学习。
1 对于 fluent中的 axisymmetric，axisymmetric swirl都是对3维问题的一个简化，但是性质不一样。
axisymmetric是指2维轴对称，相当于模拟一个3d问题的一部分，所以对于一个2d半圆加上axisymmetric， 从某种意义上说模拟的是一个3d圆球，我觉得此例子可以使用这个边界条件。
axisymmetric swirl是指模拟旋转轴问题，其中轴可以用axisymmetric swirl来表示。
2 我以前试图将密度写成udf 关于压力的函数形式，但是没有收敛（不是此例子）。不知道你的问题收敛性怎么样；
3 对于气泡出现震荡而没有缩小，我还不清楚原因，不知道你的外围水域设置成什么边界条件。我觉得这个外水域的壁面应该能吸收压力波，要不然压力波到了壁面反射 会对流场的真实性造成影响。

teddy

学习了！

hxmhxm

感谢水若兄的回复。
2、写成udf后，确实显示有error。但我不知道如何查这个error代表的意思。因此也不知道是什么error。但计算一直持续，没有因不收敛而跳出来终止计算
3、边界条件用的是pressure-outlet，设置了101325的值。求解过程中压力是发生了反射，使流场产生了震荡。直到气泡达到最大半径后，就一直震荡，就像人的心脏跳动那样的短促脉动，但气泡半径变化较小。
1、对于对称问题，还是没有想清楚。一个半圆无论是二维轴对称还是旋转轴对称，应该都成了一个球了。但按照同样的能量换算方法。二维轴对称模型求解出来的气泡半径和周期，无法用物理来解释。与真实值都相差较多。而旋转轴对称模型求解出来的值与经验公式和试验结果都比较接近。
  水下爆炸的仿真目前几乎都是结构有限元软件在做，像dyna，dytran，autodyn。其水的状态方程都是压力和密度的函数关系（一般用多项式表示）。用计算流体力学软件进行水下爆炸模拟的几乎没有，最主要的问题可能就在于水的可压缩性问题（密度与压力的关系）。还请版主和高手们多多分析分析！！！

水若无痕

我对这方面了解的太少了。帮你找了一篇文献。是用fluent+abq做的水下爆炸。

hxmhxm

多谢了，拿回家好好研究研究！

sookzhou

值得学习一下

hxmhxm

我对这方面了解的太少了。帮你找了一篇文献。是用fluent+abq做的水下爆炸。
水若无痕 发表于 2009-12-14 00:25

看了水若兄发的文献。
讲的是声纳在水中的几个问题
1、fluent与abaqus通过mpcci进行耦合，模拟船高速行驶时声纳结构受流体作用而产生的结构应变与应力。结论是水动力对声纳的作用较小，结构变形很小。
2、用abaqus声固耦合方法计算了声纳结构的湿模态特性。
3、用abaqus软件采用geers-hunter载荷计算了在水下爆炸冲击作用下声纳结构的响应。
geers-hunter载荷相当于将经验公式载荷加载到流场中的，它是不受结构运动的影响，因而这种方法相当于半流固耦合方法。即载荷确定---〉输入到流场中---〉声固耦和计算结构响应（这里的流体想当于附连水质量）。但结构的响应并不对载荷产生影响。不是结构--流体相互作用的全流固耦和。

我很想用fluent实现这种流体-结构相互作用的全耦合（fluent+mpcci+abaqus），但现在看来在水的可压缩性上遇到一个瓶颈。使冲击波压力峰值和气泡脉动压力峰值很难在fluent中准确地体现出来。
Dytran是可以实现这种计算的。但用的人比较多了（这样论文不好发），关键是我还不会啊，难道还要再重新学一个软件？？
各位版主给指点指点————————！！！！
本版的两个帖子，正在学习中：
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=788169&highlight=%C3%DC%B6%C8%2B%D1%B9%C1%A6

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=750162&highlight=%C3%DC%B6%C8%2B%D1%B9%C1%A6

study_18

真是太深奥了，我正在做一个简单的气泡上升的算例，都没做出来！

水若无痕

34# hxmhxm
我是论坛里的新人，这两个帖子也是第一次看到，水锤那个我觉得你应该深入研究一下，从某种意义上说 水下爆炸和水锤在求解上 有点相似。

njxb

27# hxmhxm

不知道楼主的计算爆炸气泡达到目的了没有。
我是一个新手，在计算空泡的溃灭过程。
想请问你的水的密度关于压力的UDF的问题有没有解决啊？向你请教一下

hxmhxm

还没有呢，中间导师安排了其他项目，耽搁了一段时间，现在回家了，再考虑考虑！！

daijinwangzi

最近在做温度场的分析，收索temperature limited 进来的
觉得很有学问的一个分析，以后慢慢研究下

aiqinhai365

请教的楷模！学习了