求助：针管流体点胶过程FLUENT如何仿真气液耦合场

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求大虾们指点：我是做微流体点胶的，现在想用FLUENT仿真时间压力点胶针管中的气液耦合场，管道入口压力已知，出口压力为零，气压源不断给针管输入压力使得针管中的流体挤压出来，由于气体的可压缩性和液体点胶出来后针管内流体体积发生变化（减少），气体增多并被压缩，该如何考虑气液耦合场的边界条件设置？

xrs333

这个应用太专门，最好有个图，把工作过程描述一下，计算的目的是什么。

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非常感谢版主提出的意见，这个微流体点胶技术应用于芯片封装，填充和表面粘贴技术。http://img234.ph.126.net/wkQKeK1W_2xySPDm6aOFLA==/1401745384020723195.bmp，这个地址是点胶的图片，针管中装有胶体，气体由气压源提供通过电磁阀和管道进入针管，通过气压使得胶体挤出针管，使得胶体点到PCB板上，实现其应用。现在做耦合场主要是想分析出一个点胶周期（点一滴胶体）中压力在针管内的分布和变化情况。

xrs333

这项研究的目的是什么？或者说这个装置有什么问题？
这个问题我感觉可简化为一维不定常流动，写出控制方程，求解可以用高级语言或Matlab自己写程序，或者建立Matlab Simulink模型加以求解。也许有现成的程序，但我就不知道了。胶体也许是非牛顿流体，其物性参数可能不容易找到数据。

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这个研究是属于时间-压力点胶，主要是为了实现控制点胶气压，保证每个点胶周期点胶量得一致性（当然填充就不必考虑了）。但是目前是要用FLUENT仿真，因为没有条件做实验。胶体是非牛顿，其参数特性是可以知道的。我想用FLUENT中的UDF编程实现，你觉得该如何设置一些边界条件呢 ？主要是考虑耦合场，气体压缩性，这使得针管里面的气压变得很复杂。可以加Q交流么？q：373418577

xrs333

帮你分析一下：
单台设备的点胶量一致性受注射器中胶液存量、温度、气源压力等因素影响；
单台设备的点胶量长期工作稳定性受阀门特性稳定性、压缩空气清洁度、量孔和针管耐腐蚀性等因素影响；
多台设备的点胶量一致性受量孔、阀门特性等的一致性影响。
性能的改进可通过上述零部件的性能保证，此外应利用微机控制阀门，最好能在注射器装微传感器测量压力。
根据我的经验，对工作过程进行仿真分析，采用一维不定常流动的分析方法是合理的，没必要用FLUENT之类的三维CFD方法。

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你分析的也有道理，但是温度，气源压力我们可以通过外界条件比如：加一个保温装置，控制温度恒定，气源压力也是恒定，可以通过比例调压阀实现，因此最主要的就是注射器中胶体余量的影响以及气压的变化，因为在每个点胶周期气压也可能并没有达到稳定状态胶体已经被点出去了，我个人认为点胶的压力是可以通过调节电磁阀时间实现压力的稳定。现在是做一个周期的点胶仿真，因此可以近似忽略阀门特性的影响（不必考虑其不断开/关过程的影响），嗯，你的想法我也想过（加传感器），当然这个规律是可以看出来的，随着针管余量的减少，气压是不断变化的，因此达到稳定气压的时间补偿也是越来越长。。确实是不定常流，用FLUENT并不一定要做三维的，因为考虑到针管是对称的，其实可以用简单的二维建立点胶模型。应该说是VOF模型。其实最主要的问题还是胶体余量的减少，和气体体积变化以及气体的压缩性这么一个耦合场。按您的意思是用MATLAB就可以实现耦合场的仿真么?

xrs333

不必纠结于多相流、耦合场和VOF模型，你并不真正关注气/液界面。忘了fluent。写个微分方程，再求解，要比三维/二维CFD方法有效得多，也精确得多，更重要的是很方便进行参数化研究和分析，便于把计算结果用于控制。
还可能需要考虑的因素有针管的运动（振动）、环境压力等。

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一般的偏微分方程是非线性的，很难求得解析解。。目前导师要我用FLUENT仿真，我也表示很无奈。。。不过还是很感谢版主给我做的分析和提出的宝贵意见。谢谢。受益匪浅，看来我要学的东西还有很多。

xrs333

非定常一维偏微分方程数值求解，不必求解析解。你是硕士生？针对具体问题建立控制方程，求解，研究规律，更好写论文。你是搞机械的吧，导师对流体力学也不太熟悉吧？研究方法不对路，或者强用牵强的方法，可挺难受。

xrs333

用Fluent是否能得到有用的结果，也成问题。因为系统尺度有差异特别大的部分：针管直径和量孔直径要比空气管路长度小得多，注射器直径以及横断面比针管的大得多，注射器中轴向速度很小，另外空气与胶液的粘度差别极大。这些都使控制方程是病态的，数值求解困难。

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嗯，我是硕士生，也是做机械的。导师以前读博士期间是做这个点胶的，其实以前我们导师主要是做建模和控制的，仿真这块以前是他师兄师弟做的，因此他目前只让我们做FLUENT。看来我们太局限了，C++还得学，要是会变成实现就更好了。

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版主分析的问题确实很彻底，看来版主真的很负责，很认真的考虑过。正是由于针管直径和针头直径差别大，其实我们就可以认为每一个点胶周期内胶体的体积基本保持不变，以前我们也做过，但是主要是单独的考虑胶体的受压，其中压力方程是用简单的UDF编写的，没有考虑气体的很多情况（比如压缩等），主要求得了胶体的压力，流速，以及流量（即点较量）注射器中轴向速度是非常小，因为以前没考虑气体，因此空气的粘度是完全没考虑，仅仅只是考虑胶体受一个随时间变化的压力。目前想考虑针管中气体压缩的情况下，气体的分布情况，以及胶体的受力和流速，甚至点较量。

xrs333

我看有些注射器是塑料的，空气管路是橡胶的，我不知道空气压力有多大，是否需要考虑他们的变形。

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注射器是刚性的，管路不考虑变形，泄漏，管路中只考虑气压的沿程损失，空气压力是可以设定的。