fluent二维水下爆炸气泡运动模拟

hxmhxm

仿真的工况：5gTNT炸药在5m*5m水域中心爆炸。
物理现象：爆炸气泡先膨胀，再收缩。膨胀的最大半径约为0.3米，脉动周期（由a-e）约为50毫秒。



最初的仿真想法：


使用高压理想气体来模拟爆炸气泡；使用fluent中的vof方法来追踪气体与液体的交界面。
Peiran Ding（2004）采用MSC.Dytran高压理想气体模拟水下爆炸气泡的脉动过程
其思路 为按照能量等效的原理来使初始气体的内能与5gTNT的内能相等
设气体的比内能与TNT相同：4.19e6 J/kg
初始气体的半径为0.01米。初始体积为4.18667E-06（立方米），则高压气体的初始密度为：1194.2（千克/立方米）时，初始的 气体内能 与 5gTNT相同。

遇到的困难：

在fluent里的ideal gas（理想气体）中没有找到表示比内能的参数，同时ideal gas也无法赋给初始密度。
请问如果想用fluent实现以上模拟应该使用哪种物质模型呢？

我的尝试：

用ideal gas模拟爆炸气泡。
赋予初始的压力来使气泡压力高于水的压力，因而气泡产生膨胀和收缩运动。
经过反复尝试发现，初始气体的压力为2.0e6时，气泡膨胀的最大半径（R）约为0.3米，但同时整个脉动的周期约（T）为130毫秒。比实际长很多。
多次计算的结果表明R和T无法同时与实际相符

请教：

如果使用内能相等的原理进行模拟，爆炸气泡应该用哪种本构关系？也就是fluent中用哪种材料呢。该如何设。

通过设置初始压力来模拟时，R与T无法同时满足。当R约为0.3米时，T（130毫秒）比实际（50毫秒）长太多。这是什么原因呢？

如果不使用vof，而使用动网格，将气泡的边界运动过程表示出来，即一个半径随时间变化的圆，则在这个圆的运动下，流场中的压力变化会与实际情况相符吗？

为什么有人用dytran，autodyn来模拟爆炸气泡，而却从来没见过有人用fluent来模拟呢？是不是在理论上就行不通的呢 ？

我是个fluent新手，从9月份开始接触fluent，中间深感新手的无助。
将我仿真的过程写了一个step by step教程下来，其中包括用gambit建模的过程和使用
ansys fluent进行设置计算的过程两个pdf文档。还有使用屏幕录像机录下的建模和设置过程的flash动画。
已经发送到本版的公用邮箱中，同时也传到我纳米盘上！希望对像我一样的同仁有所帮助！
邮件的标题是：
fluent进行二维水下爆炸气泡运动的模拟by--simwe-hxmhxm
纳米盘的链接是：

http://www.namipan.com/d/%e7%94%a8Fluent%e8%bf%9b%e8%a1%8c%e6%b0%b4%e4%b8%ad%e7%88%86%e7%82%b8%e6%b0%94%e6%b3%a1%e8%bf%90%e5%8a%a8--%e6%a6%82%e8%bf%b0.pdf/27a480ff2e5a41ed29a1f79d611f9650273cf0e8e1440800

http://www.namipan.com/d/ansys-fluent%e4%ba%8c%e7%bb%b4%e6%b0%94%e6%b3%a1%e6%a8%a1%e6%8b%9f_demo.swf/397c9422a2b3331ad48f0e412b8bfa4c568f4b00582f2d00

http://www.namipan.com/d/Fluent%e8%bf%9b%e8%a1%8c%e7%88%86%e7%82%b8%e6%b0%94%e6%b3%a1%e4%ba%8c%e7%bb%b4%e6%a8%a1%e6%8b%9f-ansys%e4%bb%bf%e7%9c%9f%e8%bf%87%e7%a8%8b.pdf/fc56bdfe4872de0eab722d3081fc90b9ab6910ab22fc2500

http://www.namipan.com/d/Fluent%e8%bf%9b%e8%a1%8c%e7%88%86%e7%82%b8%e6%b0%94%e6%b3%a1%e4%ba%8c%e7%bb%b4%e6%a8%a1%e6%8b%9f----Gambit%e5%bb%ba%e6%a8%a1%e8%bf%87%e7%a8%8b.pdf/7cedd5017afc0a8356b0e4b5ce99910941d96b3e02a72500

http://www.namipan.com/d/Gambitjianmo%e4%ba%8c%e7%bb%b4%e6%b0%94%e6%b3%a1%e6%a8%a1%e6%8b%9fbackup.swf/3083b363230906950d783f46b0999cbcfd5877c7eff91500

http://www.namipan.com/d/%e7%bd%91%e6%a0%bc%e6%96%87%e4%bb%b6.msh/8abaf6c733928c72914dd70a4e690a37ffe8d9cbba650c00

luther1987

讨论的太专业了，不懂
赞一下版主

hxmhxm

我的材料模型：
气体：

水：

hxmhxm

仿真的结果：

TBE_Legend

仿真的结果：
221102
hxmhxm 发表于 2009-10-27 10:28

问题描述得很好，希望有人能帮忙看看。

hxmhxm

昨天又算了一下：将水域改成半径2米的圆形水域，整个圆形边界都为压力出口。结果是气泡的最大半径变小了--（还没量出来多少）。
气泡的脉动周期变为：42毫秒。
下面为17毫秒气泡达到最大半径的图片


好像离真理很近了。。。。呵呵！！
另外再问一下，这个气泡的最大半径怎么能准确的量出来啊。
ansys-fluent中好像没找到标尺啊，我下了个tecplot 360 结果无法导入ansys fluent
的date文件。版主们都是用的什么后处理啊？

不好意思图片发重了。

mycc

tecplot 360 应该是可以处理的，否则就用ansys自带的cfd－post

hxmhxm

感谢mycc，已经使用ansys自带的cfd-post来量取气泡半径了。
不过周期问题依然没有解决。。。呵呵，
打算用udf动网格来自己画边界，同时用autodyn计算来比较一下了。

mycc

以下是我做的过程，不知道对错，欢迎讨论：
1、根据比内能为4.19e6 J/kg，可以得到气体温度为5854.4k，求解可参考内能公式，将空气看作双原子分子。
2、根据温度5854.4k，体积4.18667E-06（立方米，初始密度为：1194.2（千克/立方米）可以得到气体压力为2.0034e09Pa。
3、由于是球形，模拟采用2D－Axi－swirl。
4、下面是初始化后的密度图，空气密度为1192（千克/立方米）。

mycc

这是我计算的结果，最大膨胀半径0.25m，膨胀－缩小的周期为45毫秒。我想如果想更加精确，需要其他设定的改变，比如材料属性，比如计算模型（我用的层流）

mycc

这是cas和初始化的dat文件

hxmhxm

非常感谢版主的热心帮忙，马上下回去。好好研究一下！！

hxmhxm

周末偷懒了两天，好好研究了一下气体的能量方程。



不过用我原来的网格设置初始温度为5000k时，总是不收敛而无法计算。
下一步的打算：
1、我是用两个域，使用mesh interface。不知与版主的一个域建模有什么区别吗？
我以前用那个region，再patch。计算没有结果（气泡一动不动),不知为什么?
2、版主的模型我机器要算10个小时左右，看看能不能进一步简化成1/4网格，或者使用轴对称一维网格。再次感谢mycc！！！

水若无痕

你这个模拟的应该不是很准。不知道水的密度怎么处理的？

40534427

高温爆炸气体模型建议用 阿贝尔-诺贝尔 气体状态模型。

hxmhxm

水的密度就用恒定的1000kg/m3
小药量，水深也较小的条件下水的密度变化应该可以忽略。
40534427版主能不能更加详细的介绍下 阿贝尔-诺贝尔 气体状态模型？
5gTNT在0.5m水深处爆炸，
经验公式（库尔）值（未考虑自由水面的影响）：气泡的最大半径R为0.271m；脉动周期T为：49.7ms。
使用mycc的文件计算值为：R=0.26m，T=45ms。
我感觉理想气体状态方程和水密度方面应该是比较合适了，
影响计算精度的主要是边界条件（包括重力场，出口处的压力以及爆炸气体的摩尔质量（目前使用的是fluent中air的值28.97，不知TNT爆炸气体的是多少）
这是我的一点粗浅理解，还请以上两位高人多给点建议啊。
也请各位高手和高高手们不吝赐教！！

水若无痕

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。

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

是否应该考虑水的可压性（密度变化），在库尔的《水下爆炸》一书以及后来的许多文章中都论述过，主要的结论就是，当药量很大（1000kgTNT），冲击波的峰值非常高时。以及水深非常大（>1000米）时，是必须考虑水的密度变化的。至于在小药量，小水深条件下，是否应考虑水的可压性，我也没有专门研究过。
对水中爆炸气泡的三维模拟已经比较成熟了，包括ls-dyna，autodyn，dytran都有许多文章，现在abaqus也可以了。不过我主要研究小药量的爆炸，一直没关心水的密度问题。
不知水若兄对水的密度问题有什么见解？

hxmhxm

另外求助mycc版主和各位高手：我自己又按照你的思路建模进行运算。但没有使用轴对称，而是使用2d planar。但在赋予初始温度（5854）时出现：temperature limited to 5.000000e+003 in 432 cells on zone 1 。意思是温度上限为5000.不知是什么原因？？我检查了一下，好像唯一的不同就在于：


另外我的计算还出了个错误


不知是不是网格质量的问题，在此一并请教一下。我也会再改进一下网格检验一下。

mycc

温度上限为5000是fluent设定的一个温度上限，可以在limit中修改。