验证案例：呼吸泡沫

该验证案属于流体动力学，该测试案例的目的是验证在SIMSCALE中实现的多相求解器，并使用上升泡罩。具体地，以下参数感兴趣：

• 泡沫垂直速度
• 泡沫质量
• 泡沫简介

SimScale的模拟结果与研究中提出的结果进行了比较“泡沫基准“\（^ 1 \）由tu dortmund完成。

几何学

感兴趣的领域是二维矩形空间，尺寸如下：

宽度AB，CD为1 \（m \），而高度AD，BC为2 \（m \）。

为了模拟目的，用仿真blockmesh.在OpenFoam®中的工具，稍后可以在以下部分找到其详细信息。

分析类型和网格

工具类型：OpenFoam®.

分析类型：多相

网格和元素类型：

如前所述，网格是用的blockmesh.工具。这是一个均匀的网格，仅在z轴上具有一个细胞层，这是为了保持二维流动。

网格类型	细胞数量S.	类型
snappyhexmesh.	28800	2D Hexahedral.

模拟设置

体液：

• 情况1：
  • 重力\（（g）\）：0.98 \（m / s ^ 2 \）
  • 表面紧张\（（\ sigma）\）：24.5 \（n / m \）
  • 材料1：
    • 运动粘度\（（\ nu）\）：0.01 \（m ^ 2 / s \）
    • 密度\（（\ rho）\）：1000 \（kg / m ^ 3 \）
  • 材料2：
    • 运动粘度\（（\ nu）\）：0.01 \（m ^ 2 / s \）
    • 密度\（（\ rho）\）：100 \（kg / m ^ 3 \）

• 案例2.
  • 重力\（（g）\）：0.98 \（m / s ^ 2 \）
  • 表面紧张\（（\ sigma）\）：1.96 \（n / m \）
  • 材料1：
    • 运动粘度\（（\ nu）\）：0.01 \（m ^ 2 / s \）
    • 密度\（（\ rho）\）：1000 \（kg / m ^ 3 \）
  • 材料2：
    • 运动粘度\（（\ nu）\）：0.1 \（m ^ 2 / s \）
    • 密度\（（\ rho）\）：1 \（kg / m ^ 3 \）
• 在t = 0 \（s \）处的气泡位置在Y = 0.5 \（m \）处。

初始和边界条件：

• 初始条件

仅初始化全局相位分数并设定为1的值，这是气泡周围的流体。

• 边界条件

为了模拟上升泡沫现象，使用定制边界条件。边界条件的具体设置可以在下表中看到：

范围	顶部和底部	左和右	正面和背面
速度	固定值 - 0 \（m / s \）	滑	空2D.
压力	固定磁通压 - 0 \（PA \）	固定磁通压 - 0 \（PA \）	空2D.
相分数	零梯度	零梯度	空2D.

参考解决方案

质量中心的参考解决方案和上升速度由以下等式给出：

$$ x_c =（x_c，y_c）= \ frac {\ int _ {\ oomega_2} x \，dx} {\ int _ {\ oomga_2} 1 \，dx} \ tag {1} $$

$$ u_c = \ frac {\ int _ {\ oomga_2} u \，dx} {\ int _ {\ oomega_2} 1 \，dx} \ tag {2} $$

在哪里：

• \（x_c \）：泡沫中心的x-和y坐标
• \（\ omega_2 \）：气泡所在的区域\（^ 1 \）
• \（U_C \）：泡沫的速度上升
• \（U \）：泡沫中心的速度

结果比较

质谱中心的比较和从SIMSCALE获得的泡沫的上升速度与从“的参考结果”泡沫基准“\（^ 1 \）如下图所示：

可以在下面的动画中看到气泡的运动：

最后更新：2021年5月20日