FLuent多相流应用实例：VOF曝气池与水滴下落（附模型文件）

案例1：曝气池内气液多相流仿真

在环境工程领域，曝气池是一种常见的污水处理技术，其中，空气的充分溶入对效率至关重要。为深入理解曝气池内气体与液体的动态交互作用，本文通过Fluent这一通用有限元分析软件实现了一项多相流仿真项目。此仿真基于流体动力学原理，专门设计了气液两相流的响应研究。

几何模型与网格配置




几何模型展示了一个计算域，该域由水与空气两部分组成。水域深度为1米，上方为空气区，高度0.5米。与计算域下边界相连的三个进气口位于水面上方0.5米处，设计上易于模拟空气由进气口进入水中的上浮现象。在计算环境中选择适当的网格是保证仿真精度的关键，因此，在该实验中，网格大小被设定为5毫米。通过Spaceclaim进行几何结构的创建和细分，使用“Split”功能将计算域精确划分为空气和水两部分，并在水面下设置三个面作为速度入口的定义点，分别为inlet1、inlet2和inlet3，入口处的平均速率为0.3m/s，实现了气流向液相体的输入过程。

流体动力学与边界条件

计算配置中，需将真实世界的物理参数与数学模型相结合处理。模型采用瞬态解，考虑到水流的动力学特性，重力加速度被设定为9.81m/s²，明确表示重力作用方向与运动方向相对。基于VOF（Volume of Fluid）方法模拟液体与气体之间的动态交互，水被设定为主相，空气回收体积分数与主相耦合，采用此类方法，能够精确识别并追踪不同相界线，进而对复杂的相位分离现象进行精确分析。三种进口的参数设置确保了气流的均匀分配与稳定的相界面动态。

案例2：液滴撞击壁面的流体力学行为分析

聚焦在液滴撞击墙壁的情景下，本文同样采用FLuent进行计算机模拟，旨在揭示气体电流作用下的液滴动力学特性和接触现象。该案例适应于研究溶液滴在工业过程中的碰撞、破碎以及沉积，对材料及工艺设计具有重要意义。

仿真模型与参数设定

为了精准描绘二维轴对称条件下液滴撞击过程，以X轴方向作为流动轴向，模拟简化条件下液滴由地面下20mm高度开始自由落体过程。为了精确控制液滴路径及其与壁面的互动，需要对流场特性进行细致设置。采用轴对称流体动力学模型，注重表述X轴方向上的主动力学状态。设置流体动力学边界条件时，注意到下底面向地面施加辅助力，模拟存在面流动作用。如设置流体动力学计算需考虑流体势能与动能转换、界面效果与边界层条件。

VOF模型与材料设置

FLuent软件中，针对流体动力学模型的复杂性，采用VOF（Volume of Fluid）方法对空气与水的界面进行模拟。识别不同流体间流动特性与界面变迁，实现水作为次相纳入，加强了其在高速碰撞过程中的热力学参量仿真完整性。设置表面张力系数为0.073，体现了特定界面动力结构的物理参数。另外，通过开启“wall adhesion”模块，模拟液体滴在固体壁面上的粘附特性，为真实模拟提供支持。

计算与结果

通过网状展开后，所有变量（压力、速度）随时间变化的量化结果以准确描述流体的动力学行为。以计算模型为基础，最终结果在可视化软件中以动画形式重现，直观展示液滴撞击墙壁时的接触、碰撞、变形与沉积过程。此生产力贡献为相关领域的实际科学研究带来了巨大的价值，尤其是在环境工程、化工工艺和材料科学领域中应用研究。